Een wetenschappelijk onderzoeksteam onder leiding van de Brown University in de Verenigde Staten maakte onlangs de nieuwste onderzoeksresultaten bekend: ze openden maankernmonsters die goed zijn afgesloten sinds ze door Apollo 17 in 1972 naar de aarde werden teruggebracht, en ontdekten daarin een ongekend zwavelisotoopsignaal. Dit resultaat daagt het traditionele begrip van de vorming en interne evolutie van de maan uit. Het onderzoekspaper is gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Planets.

In 1972, toen de laatste astronauten van het Apollo-programma terugkeerden van de maan, werden enkele van de verzamelde monsters verzegeld en bewaard, in de hoop ze in de toekomst voor diepgaande analyse door wetenschappers met meer geavanceerde technologie achter te laten. Ruim vijftig jaar later werd deze visie eindelijk werkelijkheid. Een team onder leiding van James Dottin, assistent-professor bij de afdeling Aard-, Milieu- en Planetaire Wetenschappen aan de Brown University, analyseerde opnieuw een deel van de maanbodemkern verzameld door Apollo 17 in het Taurus-Littrow-gebied en identificeerde een abnormale samenstelling van zwavelisotopen.

De zwavel in deze vulkanische materialen is aanzienlijk uitgeput in zwavel-33 (33S), een van de vier stabiele isotopen van zwavel. Het team merkte op dat deze waarden aanzienlijk verschillen van de zwavelisotoopverhoudingen die doorgaans worden gemeten in aardgesteenten. In onderzoeken naar de aarde en andere planeten wordt de isotoopverhouding van een element beschouwd als een ‘vingerafdruk’ die de oorsprong ervan weerspiegelt en hoe het is gevormd: als twee monsters hetzelfde isotooppatroon hebben, betekent dit meestal dat ze afkomstig zijn van dezelfde ‘moederouder’.

De wetenschappelijke gemeenschap heeft lange tijd bevestigd dat de aarde en de maan zeer vergelijkbare kenmerken hebben op het gebied van zuurstofisotopen. Daarom wordt algemeen gespeculeerd dat de samenstelling van de zwavelisotopen in de mantel van de maan ook dicht bij die van de aarde zou moeten liggen. De resultaten van dit onderzoek waren echter heel anders. Doting zei dat hij oorspronkelijk verwachtte waarden te zien die vergelijkbaar waren met die op aarde, maar uiteindelijk met resultaten kwam die "heel anders waren dan enig bekend monster op aarde." Zozeer zelfs dat toen hij de gegevens voor het eerst zag, zijn reactie was: "Dit is onmogelijk, we moeten ergens iets verkeerd hebben gedaan." Na herhaalde controles bevestigde het team dat het experimentele proces correct was en kon het alleen maar accepteren dat dit een "zeer verrassend" echt signaal was.

Het monster dat dit keer werd geanalyseerd, was afkomstig van een zogenaamde "dubbele aandrijfbuis": Apollo 17-astronauten Gene Cernan en Harrison Schmitt staken deze holle metalen buis ongeveer 60 centimeter in het maanoppervlak om een ​​relatief in situ, ongestoord maanbodemprofiel te verkrijgen. Nadat de monsters naar de aarde waren teruggekeerd, verzegelde de National Aeronautics and Space Administration (NASA) ze in een heliumomgeving als onderdeel van het "Apollo Next Generation Sample Analysis Program" (ANGSA) om de "schoonste" maanmaterialen te reserveren voor toekomstig onderzoek.

De afgelopen jaren heeft NASA deze kostbare monsters via competitieve selectie beschikbaar gesteld aan wetenschappelijke onderzoeksteams. Met steun van het Lunar Research Consortium LunaSCOPE van Brown University gebruikte Doting secundaire ionenmassaspectrometrie (secundaire ionenmassaspectrometrie) technologie om uiterst nauwkeurige metingen van zwavelisotopen in de monsters uit te voeren - een methode die niet beschikbaar was toen de Apollo-monsters voor het eerst werden teruggebracht. Hij selecteerde specifiek die delen van de kern waarvan werd vastgesteld dat ze afkomstig waren van vulkanisch materiaal diep in de maan, waarbij hij zich concentreerde op het zoeken naar zwavelfasen die werden gevormd toen de rotsen uitbarsten, in plaats van later door andere processen te worden geïntroduceerd.

Voor deze onverwachte 33S-signalen heeft het onderzoeksteam momenteel twee belangrijke verklaringspaden voorgesteld. Eén houdt verband met de vroege oppervlakteomgeving van de maan: als zwavel in de dunne atmosfeer deelneemt aan specifieke fotochemische reacties onder invloed van ultraviolette straling, kan het de kenmerken vormen van verarmd 33S. De wetenschappelijke gemeenschap is over het algemeen van mening dat de vroege maan kortstondig een dunne atmosfeer had, en dat de signatuur van de zwavelisotoop deze keer een overblijfsel kan zijn van de chemische processen aan het oppervlak van die periode. Als deze verklaring waar is, betekent dit dat deze zwavelmaterialen die zich oorspronkelijk op het oppervlak bevonden, onder een of ander mechanisme diep in de maanmantel werden getransporteerd.

Dotting wees erop dat dit het bewijs zal zijn van ‘uitwisseling van materiaal tussen oppervlak en interieur’ tijdens de vroege maan. Op aarde kan platentektoniek oppervlaktemateriaal onderbrengen en recyclen in de mantel, maar er bestaat geen soortgelijk platentektonieksysteem op de maan. Daarom, als er inderdaad een mechanisme is dat oppervlaktematerialen naar de vroege maan kan sturen, zal dit zeer belangrijk en aantrekkelijk zijn om het interne dynamische proces ervan te begrijpen.

Een andere verklaring trekt het perspectief terug naar de oorsprong van de maan zelf. De heersende theorie is dat de vroege aarde een enorme botsing had met Theia, een hemellichaam ter grootte van Mars, en dat het weggegooide puin zich in een baan om de aarde verzamelde en uiteindelijk de maan vormde. Als Theia zelf een heel andere zwavelisotoopsamenstelling had dan de aarde, zou het materiaal dat zich diep in de maanmantel bevindt, ook detecteerbaar kunnen zijn in de huidige maanmonsters.

Op dit moment zijn de beschikbare gegevens niet voldoende om een ​​duidelijk besluit tussen de twee verklaringen te nemen. Doting hoopt dat in de toekomst, door systematische vergelijking met isotopengegevens van andere maanmonsters en meer planetaire lichamen in het zonnestelsel, de ware bron van dit ‘heterogene zwavelsignaal’ verder kan worden opgehelderd. Onderzoekers zijn van mening dat een diepgaande analyse van deze isotoopvingerafdrukken niet alleen zal helpen bij het reconstrueren van de vormings- en evolutiegeschiedenis van de maan zelf, maar ook nieuwe aanwijzingen zal opleveren voor de vroege materiaalverdeling en het planeetvormingsproces van het hele zonnestelsel.