השלל של אפולו

בקיצור

• דגימות הירח שאספו האסטרונאוטים של אפולו השפיעו לעומק על תחום המדעים הפלנטריים.
• ניתוח הדגימות הללו במעבדות על פני כדור הארץ אִפשר למדענים לפזר חלק מהערפל שאפף את שאלת מקורו של הירח והתפתחות מערכת השמש.
• דגימות חדשות מחלקים אחרים של הירח יוכלו ללמד אותנו הרבה יותר.

משימות אפולו התפרסמו בעיקר בטביעות הנעליים שהותירו האסטרונאוטים על פני הירח, אולם תרומתן הגדולה ביותר למדע הייתה איסוף הסלעים שהביאו עימם בשובם הביתה. תהיה זו לשון המעטה אם נגיד ש-382 הקילוגרמים האלו של סלע ורגולית (השכבה העבה של שברי אבנים ואבק המכסה את פני הירח ואת פניהם של גופים פלנטריים אחרים) הם אוצר בלום. המחקרים שנערכו על הדגימות האלו במעבדות בכדור הארץ עזרו להניח את התשתית לשדה המדעים הפלנטריים המודרני, והעניקו לנו תובנות חיוניות בנוגע לתהליכים גיאולוגיים שפועלים בכל הגופים הפלנטריים.

לא הייתי עדה לנחיתה של אפולו 11 – נולדתי מאוחר מדי, אולם חיי והקריירה שלי כחוקרת בתחום המדעים הפלנטריים עוצבו ישירות על ידי הדגימות שהביאו מהירח האסטרונאוטים של שש החלליות שנחתו עליו. לדוגמה, המחקר שלי עוסק בחלקו בסלעים מפני הירח שמקורם בהתפרצויות געשיות אלימות. הנתונים שבהם השתמשתי הגיעו מדגימות שליקטו היישר מפני הירח אסטרונאוטים מאפולו 15 ו-17. נתונים אחרים אספו מַקָּפות (חלליות שחגות סביב גוף פלנטרי) שמדענים בנו ושלחו לירח – משימות שצמחו כתוצאה ישירה של הידע הטכני והמדעי שנצבר במשימות אפולו.

במרוצת חמישים השנים האחרונות הגיעו לנאס"א 3,190 בקשות נפרדות לעבודה עם דגימות שהגיעו מהירח – בקשות ששלחו יותר מ-500 מדענים והגיעו מיותר מ-15 מדינות, אומר ריאן ציגלר (Zeigler), אוצר דגימות אפולו של נאס"א. לדבריו, במהלך עשרות השנים שחלפו הפיצה הסוכנות יותר מ-50 אלף דגימות ירחיות ייחודיות, ונכון להיום 145 מדענים חוקרים למעלה מ-8,000 דגימות בתחומי ידע מגוונים, כגון אסטרונומיה, ביולוגיה, כימיה, הנדסה, מדע החומרים, רפואה וגיאולוגיה. ההשפעה הגדולה ביותר של סלעי הירח הייתה המהפכה שהם חוללו בהבנה שלנו בשלושה נושאים עיקריים: טבעם של פני הירח, מקורו של הירח וההתפתחות של מערכת השמש.

קרקע עתיקת יומין

עד ששלחנו לירח חללית ובני אדם, הידע שלנו על הלוויין הטבעי של כדור הארץ כלל בעיקר השערות שהוגבלו לתצפיות שהיה אפשר לעשות מכדור הארץ.

המחקרים האלו הצביעו על כך שפני הירח הם עתיקי יומין, מכיוון שהם רוויים במכתשי פגיעה, בכמות שיכולה להצטבר רק לאורך מיליארדי שנים. כשנחתנו לבסוף על הירח כבר ידענו בוודאות. אחרי שסלעי הירח הגיעו לכדור הארץ, ניתחו אותם גיאוכימאים וחיפשו איזוטופים שמתפרקים בקצב ידוע היטב, וגילו שדגימות הירח עתיקות הרבה יותר ממרבית הסלעים בכדור הארץ – גילן הוא בין שלושה מיליארד ל-4.5 מיליארד שנה.

חמש דגימות שאספו אפולו 15, 16 ו-17 | צילומים: כריס גאן

בשלב הזה, גילו חוקרי כוכבי לכת קשר שעתיד להשפיע פחות או יותר על כל המחקרים הנוגעים לירח ולגופים פלנטריים אחרים מאז והלאה: הם לקחו את מדידות הגיל הראשוניות שנמדדו עבור דגימות הירח שהגיעו מאתר הנחיתה של אפולו 11 והצליבו אותן עם מספר מכתשי הפגיעה באזור שבו נאספה כל אחת מהן. לאחר מכן השתמשו במידע הזה כדי לפתח מודל שמתאר כמה מהר נוצרים מכתשים על פני הירח. בעזרת המודל הזה, אתרי הדגימה של אפולו הפכו למעין אבן רוזטה שמאפשרת למדענים להעריך את גילו של כל מקום בירח (ואפילו בגופים פלנטריים אחרים) בלי לבקר בהם בפועל.

הדגימה העתיקה ביותר, שגילה כ-4.5 מיליארד שנה, היא פחות או יותר בגילו של הירח עצמו. מרבית הסלעים בכדור הארץ צעירים הרבה יותר בגלל טקטוניקת הלוחות שממחזרת בלי הרף את קרום כדור הארץ – תהליך שאינו מתרחש בירח. דגימות הירח מספקות לנו אפוא הצצה חשובה בסלעים קדומים משחר ימיה של מערכת השמש. הם יכלו לספר לנו אפילו על כדור הארץ הצעיר.

חוקרים שניתחו ברקציה (Breccia: סוג של סלע המורכב מרסיסי סלעים אחרים שהתלכדו לגוש אחד) מאפולו 14 קבעו בחודש מרץ השנה שייתכן שאחת החתיכות הללו כלל אינה סלע ירח, אלא עשויה לייצג את המטאוריט הארצני הראשון – סלע שנפלט מכדור הארץ לפני ארבעה מיליארדי שנים ונחת על הירח. ארבעה מיליארדי שנים לאחר מכן אסף אותו האסטרונאוט אלן שפרד והחזיר אותו הביתה.

מקורות הירח

לפני אפולו העלו מדענים רעיונות שונים ומשונים בניסיון להסביר איך נוצרו הירח ולוויינים פלנטריים אחרים. אולי כדור הארץ לכד גוף אחר שחלף קרוב מדי אליו. אולי בשחר ימיו כוכב הלכת שלנו הסתחרר סביב עצמו במהירות כה רבה עד שגוש שלם התנתק מהגוף העיקרי. או שמא כדור הארץ והירח נוצרו באותו זמן מה"דיסקה הקדם-פלנטרית" המקורית שממנה צמחו כל כוכבי הלכת במערכת השמש שלנו. אולם אחרי משימות אפולו, התמונה השתנתה מהיסוד.

כיום, התיאוריה המועדפת עבור מקור הירח קרויה "השערת ההתנגשות הענקית". הרעיון הזה, המבוסס על ממצאים שנאספו בתוכנית אפולו, גורסת שלפני כ-4.5 מיליארדי שנים, גוף שגודלו דומה לזה של מאדים (שזכה לשם תיאה) פגע בכדור הארץ, התרסק לחתיכות והעיף לחלל חלק מהקרום והמעטפת של כדור הארץ. בסופו של דבר החומר שהושלך לחלל מכדור הארץ התערבב עם שייריה של תיאה והתלכד ללוויין שהתקרר והפך לירח.

סלע בראשית: דגימה 15415 של אפולו 15, שעזרה לפענח איך ככל הנראה נוצר הירח

המודל הזה הושפע מתצפיות רבות המבוססות על הדגימות שהביאו חלליות אפולו ועל ניסויי השטח שעשו האסטרונאוטים, ובכלל זה:

ברזל: כמות הברזל על הירח קטנה במידה מפתיעה. ניסויים בגאופיזיקה של פני שטח שנעשו על פני הירח במשימות אפולו הראו שהליבה שלו כוללת שיעור קטן בלבד מנפחו הכולל בהשוואה לכוכבי הלכת הסלעיים – רק 25 אחוז מהרדיוס הכולל שלו. שיעור הברזל הנמוך יחסית שאפשר להסיק מהליבה הקטנה של הירח מעיד שבזמן ההתנגשות הענקית כבר נוצר בכדור הארץ מרכז עשיר בברזל, ולכן לא נשאר הרבה ברזל ליצירת הירח.

יובש: ניתוח הדגימות שהובאו מהירח הראה שהן יבשות במידה קיצונית ואין בהן כמעט חומרים נדיפים – כלומר יסודות או מולקולות עם נקודת רתיחה נמוכה – חומרים שמתאדים בקלות, כמו מים, פחמן דו-חמצני, חנקן ומימן. כדי להסביר את הדלדול הזה העלו המדענים את האפשרות שכמות עצומה של אנרגיה וחום שנוצרו בהתנגשות הענקית סילקה חומרים נדיפים מרסיסי הקדם-ירח.

אוקיינוס מַגְמָה: אחת ההשערות המשפיעות ביותר שהגיעו מדגימות הירח היא הרעיון שפני הירח כוסו בתחילת ימיו באוקיינוס של מגמה. הדגימות מאפולו 11 הראו שהאזורים ההרריים על הירח (אזורים בהירים ובולטים, בניגוד ליַמִּים הירחיים הכהים, השוכנים באזורים נמוכים) מכילים ריכוזים גבוהים של המינרל פלגיוקלז (Plagioclase). מרקם הסלעים המכילים את המינרל הזה מלמד שהם נוצרו מתוך גוף גדול של סלע מותך שהתקרר, ואז גבישי הפלגיוקלז הקלים צפו ועלו למעלה.

מהעובדה שסלעים דומים נמצאו במשימות רובוטיות קודמות באתרים אחרים, ושהאזורים ההרריים של הירח משתרעים על פני מרחבים גדולים, אפשר להסיק ששכבת המגמה כיסתה את מרבית שטחו של הירח, ואולי אף את כולו. שתי קבוצות בלתי תלויות העלו את רעיון אוקיינוס המגמה הקדום הזה בשנת 1970, שישה חודשים בלבד לאחר שהגיעו הדגימות הראשונות של תוכנית אפולו. גם קבוצות נוספות של ראיות מתחומי הגיאוכימיה והגיאופיזיקה תומכות במודל אוקיינוס המגמה, שממשיכים לפתח עד ימינו.

ממצא אחד מסבך את מודל ההתנגשות הענקית – הריכוז של איזוטופים שונים – אטומים של יסוד שהמסה שלהם שונה מזו של האטומים ה"רגילים" – בדגימות של אפולו. בעזרת תהליך המכונה פלואורינציה באמצעות לייזר מצאו חוקרים בשנים 2011 ו-2012 שהכמות היחסית של איזוטופי החמצן ושל איזוטופי הטיטניום בירח זהה כמעט לחלוטין לכמות היחסית שלהם בכדור הארץ. אם הירח נוצר מערבוב של חומרים מתיאה ומכדור הארץ, מדוע הרכב האיזוטופים שלו ארצני? הממצא הזה העניק השראה לרעיונות חדשים, כגון מודל ה"סינסטיה" שמתארים חוקרי כוכבי הלכת סיימון ג' לוק (Lock) ושרה ט' סטיוארט (Stewart), המבוסס על יצירת מבנה פלנטרי נדיר בשם סינסטיה במהלך ההתנגשות.

סיפורה של מערכת השמש

מחקרים שנעשו בדגימות שהובאו מהירח לימדו אותנו גם על גופים פלנטריים אחרים. ייתכן שהתוצאה החשובה ביותר היא מודל ניס להתפתחות מערכת השמש (שנקרא כך כי הוא נוצר בעיר ניס בצרפת). על פי המודל הזה, כוכבי הלכת הענקים של מערכת השמש החיצונית נוצרו בתחילה בקירבה גדולה זה לזה. לאחר כמה מאות מיליוני שנים המסלולים שלהם נהיו בלתי יציבים, כך ששבתאי, אורנוס ונפטון נדדו מהר למסלוליהם הנוכחיים – מסלולים הרבה יותר רחוקים מהשמש. תנועתם של כוכבי הלכת הענקים משכה פנימה חומר ממערכת השמש החיצונית – חגורת קוויפר – שם הוא התנגש עם כוכבי לכת וירחים וחולל מהומה רבתי בכל רחבי מערכת השמש.

אוצרים מוציאים דגימה של אפולו 15 ממנעל האוויר בארונית האחסון שלה

המודל הזה אולי נשמע מרחיק לכת, אולם הוא מספק הסבר אלגנטי לכמה וכמה תצפיות הנוגעות לשכונה הקוסמית שלנו, שנראות לכאורה בלתי קשורות זו לזו. לדוגמה, על סמך תיארוך של דגימות מתוכנית אפולו וניתוח מכתשי פגיעה, הגיעו מדענים למסקנה שהיה זינוק חד והרסני בכמות הפגיעות בירח כ-700 מיליון שנה אחרי שנוצרו כוכבי הלכת, והם מכנים אותה "ההפצצה הכבדה המאוחרת". בהתחלה לא נמצא הסבר פשוט לכך שמספר הפגיעות זינק לפתע פתאום דווקא אז. ועם זאת, פרק הזמן הכאוטי של פגיעות שחזה מודל ניס מציע מקור לגופים פוגעים בדיוק בתקופה הזאת.

נוסף על המידע שמספקות לנו דגימות הירח בנוגע להתפתחות מערכת השמש, הן גם מאפשרות למדענים לחקור את ההתפתחות הכימית של הקרקע בכוכבי לכת. "בליית חלל" היא תהליך שמתאר את הסחיפה הפיזיקלית והכימית המתרחשת על גופים נטולי אטמוספרה. מחקרים על דגימות קרקע שנאספו מפני השטח במשימות אפולו הראו שהן מכילות תלכידים, רסיסי מינרלים וזכוכית שרותכו זה לזה בעקבות פגיעה של גרגירי אבק מיקרוסקופיים. התלכידים האלו מצטברים במהלך הזמן ועשויים להרכיב עד 60 או 70 אחוז מהדגימות של רגולית מפותח.

גם כדורים זעירים של ברזל יסודי המכונה ברזל ננו-פאזי נוצרים בתהליכי בליית חלל ומצטברים על השוליים החיצוניים של גרגירי אדמה מסוימים, וגורמים לפני השטח להתכהות עם הזמן. כיום ידוע לנו שקרינת השמש, תנודות גדולות בטמפרטורה וההפצצה המתמדת של מיקרו-מטאוריטים זעירים, הן כולן חלק מהמקורות של בליית החלל.

דגימות לעתיד

התקופה הקרובה בחקר הירח עתידה להיות מרגשת במיוחד: השנה ישוחררו למחקר מצבורי דגימות שנותרו סגורים מאז שנאספו על הירח לפני כמעט 50 שנה. כאשר הסלעים נאספו, נאס"א השאירה בכוונה חלק מהם חתומים, כדי לחכות שהטכנולוגיה תתקדם מעבר ליכולות של עידן אפולו. תוכנית "ניתוח דגימות אפולו – הדור הבא" (ANGSA) בחרה בחודש מרץ השנה תשעה צוותי מחקר שיקבלו דגימות שהביאו חלליות אפולו 15, 16 ו-17, ומאז נאטמו ברִיק ולא נפתחו עד כה. ההזדמנות לחקור דגימות ירח "חדשות" צפויה להניב תגליות משמעותיות נוספות בנוגע להיווצרות הלוויין הטבעי שלנו ולהתפתחותו.

למרות כל מה שכבר למדנו מהדגימות ומניסויי השטח של אפולו, ומה שללא ספק עוד נלמד מהמצבורים החדשים, אנו זקוקים נואשות לדגימות נוספות. אין לנו למשל שום דגימות מזוהות מהצד הרחוק של הירח, מהקטבים שלו או ממעמקיו. שתי דגימות שאני אישית אשמח במיוחד להשיג הן חומר מאגן הקוטב הדרומי אייטקן שבצד הרחוק של הירח, וקרח ממכתש באחד הקטבים.

אגן אייטקן-הקוטב הדרומי הוא אגן הפגיעה המוכר הגדול ביותר על הירח – ואחד הגדולים ביותר במערכת השמש – וחלקו הפנימי עשוי להכיל חומר מהקרום הפנימי של הירח ואולי אפילו מהמעטפת שלו. חקר אגן אייטקן יסייע לנו גם להבין איך אגנים גדולים מאוד מעצבים את פני השטח ואת תוכם של גופים פלנטריים. הבאת דגימה של קרח מאחד מקטבי הירח תלמד אותנו על גילם ועל מקורם של מים בירח – שיוכלו, בתורם, להבהיר עבורנו את מקור המים בכדור הארץ.

החללית הישראלית "בראשית". ממבשרי החזרה לירח? | צילום: מוויקיפדיה

הפריטים האלו, שאני חולמת לקבל, יוכלו להגיע הן ממשימת סיור מאוישת והן ממשימה רובוטית: אין תמימות דעים בקרב חוקרי כוכבי הלכת בשאלה מהי הדרך העדיפה. חוקרים רבים טוענים, בצדק, שמשימות רובוטיות הן זולות יותר, בטוחות יותר ויכולות להימשך יותר זמן ממשימות מאוישות. מאידך גיסא, שליחת בני אדם ולא רובוטים מעלה את הסיכוי שהם יביאו איתם מגוון רחב של פריטים בלתי רגילים, כפי שממחישה היטב הקשת הרחבה של אוסף הדגימות (סלע, קרקע מסוננת וקרקע שנאספה כפי שהיא, שביבי בולדרים, גלעיני קידוח), נפח הדגימות וגיאולוגיית הדגימות (הרכב, סוג סלע, גיל) שהביאו האסטרונאוטים של אפולו.

משימות אפולו מייצגות הישג חד פעמי ששינה מן היסוד את האופן שבו אנו רואים את מערכת השמש. אף שאנו חוגגים את היובל לצעד הגדול לאנושות, רגל אדם לא דרכה על שום גוף פלנטרי מאז שהריסון "ג'ק" שמיט (Schmitt) וג'ין סרנן (Cernan) ז"ל נפרדו מאדמת הירח במשימת אפולו 17, ב-14 בדצמבר 1972. כמדענית השואבת השראה עמוקה מהמשימות הללו, אני מנסה ליצור במו ידיי את "רגע האפולו" של הדור שלי: לראות בני אדם (אנשים מכל הצבעים ומכל המגדרים) נוחתים על פני הירח, כשבעורקיהם זורמות גאונות, נחישות ותשוקה לחקור את הלא-נודע.

פורסם במקור בגיליון יולי 2019 של כתב העת סיינטיפיק אמריקן