Wij zijn de uitzondering

Wij mensen zullen hem nooit zien. Het Schrödinger Basin zit aan de zuidpool op de ‘dark side’ van de maan. Er was dus niets bekend, totdat gedetailleerde foto’s en metingen door ruimtesondes alles zichtbaar en bijna tastbaar maakten. Het is een enorme krater met een grote rijkdom aan soorten gesteenten. Ooit moet hier een enorm brok ruimtepuin op de maan zijn ingeslagen en daar profiteert de wetenschap nu van.

Mythisch werk

Als het aan VU-promovendus Edgar Steenstra ligt zijn we nog nauwelijks begonnen te verkennen en profiteren daarvan. NASA en ESA staan voor beslissingen over hun lange termijn samenwerking en daar hoort de spectaculaire Heracles-missie bij. De naam is een afkorting nota bene: Human-Enhanced robotic Architecture and Capability for Lunar Exploration and Science. Gaat Steenstra ook twaalf mythische werken realiseren?

“De geologie van de aarde is mooi, maar het is allemaal toch een beetje dichtbij, hè? Voor mij mocht mij studie wel wat… abstracter, zal ik maar zeggen.” Daarom ging Edgar twee bachelors tegelijk doen, milieukunde en aardwetenschappen en daarna de master ‘Solid Earth’. Daarin volgde hij als zijn specialisatie ‘experimentele petrologie’. Stenen dus. En dan vooral de vraag waar die rotsen en harde grond van onze planeet eigenlijk vandaan komen en hoe dat in elkaar zit.

De allervroegste bodems

“De maan en ook asteroïden zijn eigenlijk een laboratorium. Als je de aarde beter wil begrijpen, moet je daar rond gaan kijken. De tektoniek van de aarde is zo dynamisch, dat we weinig kunnen weten van hoe de aarde was aan het begin. Asteroïden en de maan hebben dat niet, ze zijn nog echt ‘oude’ hemellichamen. Wil je het ontstaan van planeten analyseren en snappen, dan kun je daar het beste terecht.”

Het blijft een verbluffende gedachte dat het oppervlakte van onze maan – net als die van een komeet als 67P (Chury) waar Philae vorig jaar op landde – veel ouder is dan de bodem van onze eigen planeet. Wat de mens daar onderzoeken kan, is het allervroegste stadium van zijn eigen thuis.

Edgar maakt het wonder nog groter. “Het ontstaan van de maan is bovendien nog steeds een mysterie. Dat is toch fascinerend: we weten niet hoe we die metgezel bij onze planeet hebben gekregen. Het meest opvallend is wel dat hij exact zo is samengesteld als de aarde zelf, identiek. Dat komt nergens anders voor in het zonnestelsel.”

“De isotopensamenstelling van de gesteenten van elk hemellichaam is specifiek, want die alleen zó opgebouwd als bij die ene planeet of maan. Maar niet bij ons. Aarde en maan zijn hier namelijk identiek. We weten niet hoe dat kan, hoe dat komt. Het is bij ons en onze planeet dus precies omgekeerd aan de norm van de samenstelling van ons zonnestelsel. Wij zijn de uitzondering.”

Oervragen in Houston

Deze fascinatie en onstuitbare nieuwsgierigheid naar de oervragen leidden ertoe dat Edgar lucht kreeg van een ‘internship’ in Houston voor het helpen ontwerpen van het concept van een toekomstige ruimtemissie naar de maan. Bij het Lunar Planetary Institute wilden ze hem best graag hebben en zo kon Edgar gaan bouwen aan de ‘Herakles’, een samenwerking van NASA en ESA, in Houston ‘where the action is’ in de ruimtevaart.

“Het idee is om ergens rond 2025 met het Heracles-project terug te gaan naar de maan en nu echt daar te blijven. Het wordt een behoorlijk complexe missie daarom en eigenlijk meteen een ‘try-out’ voor de landing op Mars ooit.” ESA en NASA ontwerpen hiertoe een robot die op de maan een meerjarige trektocht onderneemt, naar het model van de vastberaden doorwerkende Mars-wagentjes Curiosity en Opportunity. Dit concept is nu zeer precies uitgewerkt door Steenstra en zijn collega-ontwerpers en zij hopen en verwachten een behoorlijke kans te maken, dat NASA en ESA hier samen in gaan geloven en het willen realiseren.

Maar deze robot wordt gestuurd door een astronaut in de nieuwe Orion-capsule die rond de maan vliegt en levert verzamelde stenen en monsters in bij een derde ruimtevaartuig, een lander die naar het EAM-lab op en neer kan vliegen vanaf de bodem van de maan. Dit vliegende laboratorium zorgt voor eerste analyses en brengt het materiaal uiteindelijk bij de Orion met zijn bemanning. “Ja, in de Orion zit dus een soort Koen Geurts, dat klopt wel! Die moet met die robot doen wat Geurts vanuit Keulen met Philae op de komeetbodem deed.”

Op zoek naar de beste stenen

“Het is dus van groot belang dat we nu een plek en een route op de maan ontwerpen waar we het meest van kunnen leven. We zijn uitgekomen op een grote inslagkrater van 4,1 miljard jaar oud, het Schrödinger Basin van 320 kilometer omvang. Daar zijn erg veel verschillende steen- en bodemsoorten te vinden en er is zelfs ‘ pyroclastic vulkanisme’ van vuurfonteinen die omhoog komen van onder het oppervlakte ontdekt, iets heel zeldzaams op de maan.”

“Dit zou iets unieks betekenen: het verkennen van een vulkaan uit het binnenste van een ander hemellichaam dan het onze. We hebben daar al stenen ontdekt met veel ‘vluchtige materialen’ als water erin.” Hoe ontdek je zulke stenen op een ander hemellichaam? Edgar slaat zijn laptop open die volgeplakt zit met de officiële stickers van zijn ideale missies: Huygens die op Titan landde. Rosetta en Philae van Koen Geurts. Dawn die de grote asteroïde Vesta verkende.

“We zoeken zulke stenen en plekken met behulp van de extreme high-res foto’s die van de maan worden gemaakt. Die kunnen nu ook 3D-beelden produceren, zodat we de route van de robot en detail kunnen ontwerpen. Je kunt stenen zien van ongeveer één meter groot.”

Guide Michelin de la Lune

“Hier heb je beelden van een brok steen van zo’n tien meter, dat we nu al hebben opgenomen in de route. Die steen is duidelijk opvallend en willen we ter plaatse al chemisch laten analyseren. Op deze manier bepalen we waar de robot heen zou moeten en waar hij materieel verzamelt, dat het vliegende lab dan naar de Orion brengen kan voor onderzoek op aarde.”

Edgar stelt eigenlijk een ‘Guide Michelin’ van de maan samen, waarin de bezienswaardigheden en detail gerubriceerd worden. Met ‘omweg waard’, ‘vaut le voyage’ en dergelijke aanbevelingen voor de chauffeur en zijn wagentje…..  “Een Google Moon Maps, dat lijkt me ook wel mooi. Zo ben ik bezig geweest met het plannen van de route voor de robot langs de steile wand van de krater. Dan zochten we stenen waarvan we konden zien hoe ze omlaag gerold waren en aan de hand daarvan keken we en detail en in 3D of de robot daar omhoog of omlaag zou kunnen trekken.”

Heeft ontwerpen en analyseren van ‘Heracles’ ons al ongekende kennis gebracht over die voor mensenoog onzichtbare ‘donkere kant’ van de maan – en dus van de oeraarde van vier miljard jaar geleden – het echte werk, de ware missie van deze missie komt nog. En met Edgar en zijn VU-lab “zitten we als Nederland nu aan de voorkant in dit proces en kunnen we aanhaken en meesturen bij de grote beslissingen die nu genomen gaan worden,” zegt prof. Wim van Westrenen, Edgars promotor.

Warme banden en hoge druk

“Amerika is leidend in maanonderzoek en wij kunnen ons hier nu versterken. Met Edgar daar in Houston konden ze zien wat ze aan Nederland kunnen hebben. Er zijn al belangrijke nieuwe netwerken uit gegroeid intussen. Binnenkort stelt Europa vast wat de input wordt van hieruit in het hele Heracles-project. De Amerikaanse chef daarvan voelt heel veel voor het ‘Schrödinger Basin’ als doelwit. De maan is weer helemaal terug, ook in de USA.”

De banden met Houston en de NASA zijn warm. Het hogedruk-laboratorium daar – voor het analyseren van buitenaards materiaal als maanstenen – kent het analoge VU-lab al vele jaren. De VU coördineert bovendien de input van de Nederlandse astronomie in de centrale bundeling van het onderzoek daar, het in de ruimtehistorie fameuze NASA Lunar Science Institute, dat tegenwoordig SSERVI (Solar System Exploration Research Virtual Institute) heet  

Met de stenenpers ‘Freddy’- vernoemd ter ere van ‘Under Pressure’ van popgroep Queen – doen Edgar en de zijnen hun eigen onderzoek naar de processen in het hart van de maan, het ‘dwergplaneetje’  Vesta, en onze eigen Aarde. “We kunnen tot 1600 graden hitte en druk gaan en metingen doen. Dan zit je als het ware op 1000 kilometer diepte binnen in de maan.”

Kassa naar kennis

Freddy ontstond vanuit de industrie die kunstmatige diamanten ging maken. Dezelfde processen die in deze technologie werden ontwikkeld, blekken voor research naar de hete binnenkant van planeten en manen toepasbaar. “Hier zag je het omgekeerde van de topsectoren,” lacht Edgar met zijn professor. “Wij gaan van kassa naar kennis.”

Rond 2025 moet Heracles zijn robotwagentje op de maan laten rondtrekken tot wellicht 2030 en verder. Het karretje rijd dan langs de paadjes van Edgar ‘Guide Michelin de la Lune’. Moet hij dan straks niet die ‘Koen Geurts in de Orion Capsule’ zijn die als chauffeur optreedt? “Geen moment zou ik twijfelen. Oh ja, ik deed het direct!”