月大気組成実験

月大気組成実験装置（LACE ）は、小型の磁気偏向質量分析計（中性質量分析計）でした。この実験の目的は、月大気の組成と変動を研究することでした。LACEが実際に使用されたのは、アポロ17号のアポロ月面実験パッケージ（ALSEP）の一部として、タウルス・リトロー渓谷で行われた時のみです。^{[ 1 ] [ 2 ]}

LACEは、アポロ14号とアポロ15号に搭載された冷陰極ゲージの後継機でした。^{[ 3 ]}これらの実験により、希薄な月の大気の存在が証明され、月の昼夜における月の大気密度の上限が決定されましたが、その組成は不明のままでした。^{[ 3 ]}

ガス分子が実験の開口部に入ると、電子衝撃によってイオン化されます。これらのガスイオンはビームにコリメートされ、磁気分析器を通過して検出器に送られます。^{[ 3 ]}電子イオン源は、99%のタングステンと1%のレニウムからなる2本のフィラメントで構成されています。^{[ 4 ]}電子イオン源の両端の電圧を変化させることで、複数のイオン質量範囲を同時にスキャンできます。各質量範囲には、イオンをカウントするための独立したシステムがあります。各システムは、電子増倍管、パルス増幅器、弁別器、およびカウンターで構成されています。^{[ 3 ]}この実験では、28原子質量単位と64原子質量単位のイオンを同時に検出できるため、一酸化炭素と二酸化硫黄を同時に測定できます。^{[ 3 ]}

LACEの計測器の記録精度は、21ビットカウントすべてにおいて1%に維持された。計測器の校正中に、検出器に当たるイオンフラックスが1000を超えることが判明した。5 × 10 ⁵ カウント/秒でカウンターが飽和した。^{[ 3 ]}

LACEは、1972年12月12日、協定世界時（UTC）午前5時頃にアポロ17号の宇宙飛行士によって展開されました。入口開口部は上向きに展開され、月面におけるガスの下向きの流れを測定しました。^{[ 4 ]}上向きの開口部は、ミッション中の月面活動中に保護するためにナイロン製のダストスクリーンで覆われていました。このダストスクリーンは、乗組員が離陸し、地震用爆薬が起爆された後に無線指令によって引き戻されました。この装置は、展開後の最初の日没から約50時間後の1972年12月27日、協定世界時18時07分に地上指令によって電源が入れられました。^{[ 2 ]}

日の出時に、実験サイトとLACEの機器の加熱により、高いアウトガス率が発生することが判明した。このため、正午近くの短いチェックを除いて、日中のLACEの運用を制限する必要が生じた。高いバックグラウンド率が時間の経過とともに機器の感度を低下させる恐れがあるため、日中のアウトガス率が継続的に高かったため、機器の運用は歴史を通じて大幅に制限された。^{[ 2 ] [ 3 ]}

イオンフィラメントの動作により、温度上昇によりフィラメント内のタングステンの予期せぬ蒸発が生じた。その結果、LACEsの動作の一環として、装置の冷却を可能にするためにイオン源が停止された。これにより内部のガス放出が低減され、クリーンな質量スペクトルが得られた。^{[ 3 ]}このタングステンの蒸発の利点は、装置の感度を常にチェックすることができ、感度が安定していたことである。^{[ 2 ]}

この実験により、希薄な月の大気はヘリウム、ネオン、アルゴンから構成されていることが明確に確認されました。ヘリウム濃度は、月のヘリウムの大部分が太陽風に由来し、ヘリウムは月面で凍結しないという予測と一致しました。^{[ 3 ] [ 4 ]}アルゴン（^36Arと^40Ar）が検出されました。アルゴン濃度の増加は夜明け直前に起こったため、アルゴンは凝縮性ガスである可能性が高いことが示されました。アルゴンは夜間に凍結して月面に吸着されると提案されました。夜が明けるにつれて、この凍結したアルゴンは移動可能になり、日の出の明暗境界線の前方に、そしてそれと並行して移動します。これは、アポロ17号の予備科学報告書で「夜明け前のそよ風」と俗に呼ばれていました。^{[ 4 ] 40Ar} の発生源はカリウム（^40K ）の放射性崩壊である可能性が高いため、LACEによって検出されたその存在は、真の月固有のガスの証拠となった。^{[ 3 ]}

LACEによって検出された既知のすべてのガスの総密度は、冷陰極ゲージによって検出された密度と一致します。^{[ 3 ]}

分子状水素、塩素、酸素、塩化水素、二酸化炭素などの他の種も同定された。これらの濃度は実験の実施中に低下し、これらは機器の汚染物質であったと疑われた。^{[ 4 ]}この結論に至ったのは、アルゴンとは異なり、これらの汚染物質の検出が日の出に先行するのではなく、日の出と同時に急激に上昇したという事実による。^{[ 4 ]}ネオン濃度は予想より20倍低く、その理由は当時理解されていなかった。^{[ 4 ]}

LACEの運用開始から10回目の太陰月の間に、実験装置の高電圧部に問題が発生した。1973年10月17日17時32分（UTC）に掃引高電圧がゼロに低下した。通常の2900ボルトの出力は数百ボルトまで低下し、装置は動作できなくなった。数多くの是正措置が試みられたが、いずれも成功しなかった。^{[ 2 ]}