科学家们正在从太空中一个原子一个原子地分析岩石，这是第一次这样研究月球样本，研究人员正在使用一种许多地质学家都没听说过的技术。
研究人员称：“我们可以把这种技术应用到没有人研究过的样本上，你几乎肯定会发现新的或意想不到的东西。这种技术具有如此高的灵敏度和分辨率，你会发现否则你不会发现的东西，并且只使用一小部分样本。”
这项技术被称为原子探针断层扫描(APT)，通常被致力于改善工业过程的材料科学家使用，比如制造钢铁和纳米线。但是它分析微量物质的能力使它成为研究月球样本的一个很好的候选者。阿波罗17号的样本包含公斤(磅)月球岩石和土壤——这是一个宏大的计划，并不是全部，所以研究人员必须明智地使用它。科学有的分析只需要一粒土壤，大约和人类头发一样宽。在这个微小的颗粒中，发现了太空风化的产物，纯铁、水和氦，它们是通过月球土壤与太空环境的相互作用形成的。从月球土壤中提取这些宝贵的资源可以帮助未来的宇航员维持他们在月球上的活动。
为了研究这种微小的颗粒，研究人员用一束聚焦的带电原子在其表面雕刻出一个微小的、超级锋利的尖端。这个尖端只有几百个原子宽——相比之下，一张纸有几十万个原子厚。研究人员说：“我们可以使用纳米艺术这个表达方式。就像木匠塑造木材一样，我们在纳米尺度上对矿物进行加工。
图示：APT数据重建旁边的“地层对比式”分析提示图，仅显示铁原子。不同的区域用细灰线标出。所有三个尖端都包含了显著不同的特征——铁原子，在图的右半部分用橙色点表示，在纳米尖端和纳米尖端之间分布非常不同。这是可以预期的，尖端D是从颗粒的更深处取样的，但是尖端B和尖端C都在表面的大约10纳米范围内。距离不是成比例的。
一旦样本被放入实验室的原子探针中，用激光将它一个接一个地敲掉。当原子飞离样品时，它们撞击了一个检测板。像铁这样较重的元素比像氢这样较轻的元素到达探测器需要更长的时间。通过测量激光发射和原子撞击探测器之间的时间，仪器能够确定该位置的原子类型及其电荷。最后，研究人员重建了三维数据，使用每个原子和分子的彩色编码点来制作月球尘埃的纳米级三维地图。
这是科学家第一次能够同时看到原子的类型和它们在月球土壤中的确切位置。尽管APT是材料科学中的一项众所周知的技术，但以前没有人尝试过将其用于月球样品。研究人员也鼓励其他宇宙化学家尝试它。“这对于全面描述少量珍贵样本的特征非常有用，我们有这些非常激动人心的任务，比如隼鸟2号和奥西里斯-雷克斯很快返回地球——未被切割的航天器收集小行星碎片。这是一种应该明确应用于他们带回的东西的技术，因为它使用的材料很少，但提供的信息却非常多。”
图示：扫描电镜图像和图纸的颗粒和样品制备的APT。a)手工挑选钛铁矿，并将其压制成安装在扫描电镜残片上的铟。橙色虚线表示谷物脊的位置，代表提取样品的地形高度。颗粒用离子束溅射镀覆镍，铂的保护帽用铂前驱体气体注入系统沉积在纤维中，然后(C)用环铣加工出辐条，将辐条吊出。
通过研究月球表面的土壤，科学家们可以深入了解太阳系中的一种重要力量：太空风化。太空是一个恶劣的环境，有微小的陨石、来自太阳的粒子流以及太阳和宇宙射线形式的辐射。虽然地球的大气层保护我们免受太空风化，但像月球和小行星这样的其他天体却没有大气层。结果，月球表面的土壤经历了由太空风化引起的变化，使其从根本上不同于构成月球其余部分的岩石。这有点像蘸有巧克力的冰淇淋甜筒：外表面与里面的不匹配。有了APT，科学家可以用其他方法无法找到的方式来寻找太空风化表面和未暴露的月球污垢之间的差异。通过理解造成这些差异的过程，他们可以更准确地预测离地球太远的卫星和小行星表面下有什么。
图示：不同原子和分子种类中的针尖B的重构，显示当集中在纳米相颗粒中时，铁的不均匀性，在针尖顶部附近的更高浓度的种类如硅和氢，以及在大的纯微相铁颗粒中没有其它种类。右下方的重建图显示了所有已识别物种的横截面重建图，显示了囊泡，囊泡被富含铁的边缘包围。
因为研究使用了纳米尖端，原始月球尘埃颗粒仍可用于未来的实验。这意味着新一代科学家可以从同一个珍贵的样本中获得新的发现和预测。而在50年前，没有人预料到有人会用这种技术分析样品，而且只使用一种谷物的一点点，宇航员的手套上可能有成千上万这样的颗粒，这将是一项大规模研究的充足材料。
研究人员强调，由于外太空地形的多样性，宇航员需要带回物理样本。“如果你只从月球上的一个地方分析太空风化，就像只分析地球上一个山脉的风化。我们需要去其他地方和物体去了解太空风化，就像我们需要去地球上不同的地方，比如沙漠中的沙子和地球上山脉中的露头一样。
目前科学家们还不知道太空风化会给研究带来什么收获，但在实验室里理解这些材料很重要，这样人类就能理解通过望远镜看到的东西，因为类似这样的事情可以人类在地球上了解月球上的环境。这远远超出了宇航员在月球上行走时能够告诉我们的，这颗小小的谷粒保存了数百万年的历史，在接下来的计划是在三年里研究不同类型的月球尘埃，用APT量化其含水量，并研究太空风化的其他方面。