儘管月球離地球很近，也非常便於觀測，不過，自1972年以來，人類太空人還沒有再次踏上月球的表面。
幸運的是，當美國宇航局提出阿爾忒彌斯重返月球的計劃，並計劃在2024年將第一個女人和下一個男人送上月球時，這種情況將在未來發生改變。
與此同時，這使得阿波羅號太空人從月球帶回地球的樣本，成為稀有而珍貴的商品。近日，專家首次使用一種技術，從阿波羅17號從月球採集的樣本中，觀測到單個顆粒月球塵埃中的單個原子。
考慮到美國太空人吉恩·塞爾南和哈裡森·施密特在1972年的登月任務後，只是將245磅重的月球巖石和土壤帶回地球，每一次只研究一粒塵埃顆粒，肯定有助於更好地保存樣本。
這項被稱為原子探針斷層掃描的技術，為研究月球表面提供了一種新方法。這種方法通常被用於納米線生產的材料科學，因為它可以在很小的範圍內分析材料。
美國宇航局授予芝加哥菲爾德博物館、西北大學和普渡大學的專家使用阿波羅17號月球土壤樣本的權限。參與該研究的專家之一、菲爾德博物館和芝加哥大學的博士生詹妮卡·格裡爾表示，此前，菲爾德博物館和西北大學的專家，曾對微小樣本進行原子探針斷層掃描，比如來自鐵隕石的納米級顆粒。
專家發現：阿波羅17號採集的月球土壤樣本，記錄了月球數百萬年的歷史。格裡爾說道：「我們正在一個原子一個原子地分析來自太空的巖石顆粒，這是首次對月球樣本進行此類的研究，我們正在使用一種許多地質學家甚至從未聽說過的技術進行研究。」
像鐵或水這樣的物質，在月球土壤中形成了小而複雜的結構。一個原子一個原子地研究月球土壤樣本，可以詳細地了解月球的組成。這項技術涉及到使用一束帶電原子在塵埃顆粒的表面雕刻出一個尖銳的尖端，這個尖端只有幾百個原子寬。我們要知道，一張A4紙的厚度是成千上萬個原子。
該研究的共同者之一、菲爾德博物館館長、芝加哥大學副教授菲利普·赫克表示：「我們可以用『納米木工』這個詞。這就像木匠在木頭上加工一樣，我們在納米尺度上加工礦物。」
該月球樣本被放置在西北大學的原子探針內，並用雷射照射，雷射會使原子發生位移。然後，每個原子撞擊一個用來探測它們的平板，這使得專家能夠確定原子的類型及其電荷。
在單一的顆粒中，他們發現了月球表面存在水、鐵、氦和太空風化的證據。鐵是一種較重的元素，所以，它的原子撞擊探測板的時間，比其他較輕的元素要長——這使得它可以被識別出來。
赫克表示：我們可以將這項技術應用到沒有人研究過的樣本上，這項技術有很高的靈敏度和解析度，你幾乎肯定會發現一些新的或意想不到的東西，你可以發現你在其他地方無法發現的東西，而且，只需要消耗掉一小部分樣本。」格裡爾利用這些數據進行三維重建，並用彩色編碼原子來繪製月球塵埃顆粒，這使得專家們首次能夠在月球塵埃中看到精確的原子及其位置。
月球沒有大氣層，它受到小隕石、太陽風和來自太陽的宇宙射線的直接影響，這被稱為太空風化。因此，雖然月球不像地球及其移動的構造板塊那樣具有地質活躍性，但月球表面的土壤確實會發生變化。在月球表層土壤下面，情況看起來很不一樣。未直接暴露在外的月球土壤，可以讓我們更好的了解月球的歷史。
更深入研究並了解月球上的土壤，可以使其幫助未來的月球任務中的太空人。從宏觀上看，原子探針斷層掃描技術也可以用來研究從小行星上帶回地球的樣本。
格裡爾表示：「這對全面鑑定少量珍貴的樣本特性非常有用。我們能夠很好地完成這些非常激動人心的任務，比如Hayabusa2和OSIRIS REx很快返回地球——這些無人駕駛的宇宙飛船會收集來自小行星的小碎片。這種技術絕對應該應用到他們帶回的東西上，因為它要消耗的樣本材料很少，但能夠提供的信息卻很多。」
通過比較原子探針斷層掃描技術和望遠鏡對來自月球或小行星的樣本的觀察研究，可以讓專家了解他們在採樣不實際或不可能的情況下發現更多的情況。
格裡爾強調：「重要的是，在實驗室裡研究這些材料，這樣我們才能了解我們通過太空望遠鏡無法看到的東西。因為做了這樣的研究，我們了解月球上的環境是什麼樣的。這遠遠超出了人類太空人在月球上行走時所能了解的內容，這小小的土壤顆粒記錄了月球數百萬年的歷史。」而且，本研究中使用的月球土壤的塵粒樣本，將來還可以提供給其他專家使用。
赫克指出：「在50年前，沒有人預料到有人會採用這種技術分析樣本，而且，只是很小的顆粒物樣本。而且，太空人的手套上可能就會有數千顆這樣的顆粒，這將能夠為我們未來的大規模研究提供充足材料。」
考慮到未來的阿爾忒彌斯計劃的任務是重返月球，專家希望未來的太空人能夠從月球帶回更新的、更多樣化的樣本。格裡爾透露，只從月球上的一個地點研究太空風化現象「就像只分析地球上某一處山脈的風化現象」，這可能不具備很大的代表性。
專家發現：阿波羅17號採集的月球樣本，記錄了月球數百萬年的歷史。格裡爾說道：「我們需要通過月球的其他地方和物體，來了解太空的風化，就像我們需要查看地球上的不同地方一樣，比如沙漠中的沙子和山脈中露出的石頭。」
專家反覆研究從月球正面收集的樣本，期盼研究來自月球背面的物質。就像格裡爾一樣，他非常渴望來自月球背面的樣本，因為月球背面總是背向地球。格裡爾表示：「從觀測研究的角度來說，這是一個挑戰，在月球背面收集到的物質，可能與我們在月球正採集到的物質存在很大的不同。」