Första gången vi åkte till månen gjorde vi det för att ingen hade gjort det tidigare. För att se om vi kunde. Nästa gång vi åker till månen kanske också blir lite av samma sorts trevande, för att se om vi minns hur man gör det.
Men i något skede måste vi ha en vettig, långsiktig plan med det hela. Förra gången tog ju månfärderna slut just av den enkla orsaken att, som amerikanerna säger, ”been there, done that”. Nyhetens behag tog slut. Folk började fråga, ”vad är det här bra för?” Speciellt med tanke på att det var, och är, dyrt att åka till månen, svindyrt.
Det enda sättet att motivera fortsatta månfärder är att involvera den privata sektorn. Och då menar jag utöver att leja dem till att tillverka själva månlandaren och rymddräkterna och vem vet vad. Månen måste bli ekonomiskt hållbar.
Vi ska i det här avsnittet titta på begreppet ”lunar economy” som allt fler har tagit i sin mun de senaste åren, mån-ekonomi. Det är framför allt en resurs som månen har, som jorden inte har, som intresserar investerarna. Helium-3.
Vad är helium-3? Vad är det bra för? Varför finns det just på månen? Kan helium-3-gruvor på månen verkligen löna sig? Vad har Finland att hämta från den nya mån-ekonomin? Så många frågor, mer om detta i veckans Kvanthopp.
Punkt ett på kom ihåg-listan: vattnet
Innan du rusar ut och köper aktier i ett helium-3-gruvföretag, lystra till. För det är en grej som vi behöver fixa först på månen, innan vi börjar gräva efter helium-3. Och det är vatten. Utan att försäkra oss om att det finns vatten tillgängligt på månen, kan vi glömma alla andra möjliga kommersiella projekt där borta.
Vatten är inte bara viktigt för att vi behöver det till att dricka, laga mat, duscha och fixa syre åt oss att andas. Det får vi alltså genom att spjälka vatten till syre och väte genom elektrolys. Vätet som vi får i samma veva, kan då användas som raketbränsle och överlag som energikälla.
Vatten behövs också för bevattning och så kallad hydroponisk odling, alltså att odla utan jord i bara vatten plus näring, utan mylla. Det här är nödvändigt om vi menar allvar med att skapa permanenta baser på månen. Då behöver vi kunna odla grönsaker och annat ätbart på plats och ställe.
Sedan är vatten också bra på att absorbera den skadliga strålning – både kosmisk strålning och solstrålning – som oundvikligen kommer att bombardera månkolonisterna och deras utrustning.
Vatten är dessutom ett mångsidigt lösningsmedel och kylmedel, vilket gör det värdefullt för alla tänkbara industriella processer som metallurgi, kemiska processer och elektroniktillverkning. Vi kommer ju att behöva fabriker på månen också. Om vi ska ha den där ”lunar economy” som det snackas så mycket om i rymdbranschen – och lite utanför den också.
Det är av exakt den här orsaken som både världens statliga rymdorganisationer och privata aktörer har rustat upp för en kapplöpning till månens sydpol på sistone.
Rusningen till sydpolen
Medan Apollo-expeditionerna på 1960- och 70-talen i första hand sattes ner nära månens ekvator, skrev Indiens månlandare Chandrayaan-3 historia i augusti i fjol då den blev först med att mjuklanda nära månens sydpol, närmare än någon annan rymdfarkost före den. Bara två dagar innan Chandrayaans lyckade landning, försökte sig Rysslands Luna-25 på samma bedrift – men den skenade utom kontroll och kraschade.
Det här är hur som helst bara början på kapplöpningen till månens sydpol. Utöver Indien och Ryssland har både USA och Kina siktet inställt på den här regionen. USA:s kommande, bemannade Artemis 3-expedition är uttryckligen tänkt att landa vid månens sydpol. Det här intresset kommer sig av den enkla orsaken att det sannolikt finns vatten där, i form av is, i de djupa, permanent skuggade månkratrarna.
Och varför gör det nu det då? Jo, till skillnad från jordens rotationsaxel, som lutar med 23,5 grader, lutar månens axel med bara ynka en och en halv grad. Det här innebär att polarområdena på månen inte har ett halvår med oavbrutet solsken som här på jorden. De ligger i ett permanent halvdunkel. Och just kring månens sydpol finns det särskilt många djupa kratrar vars botten aldrig ser ens en endaste glimt av solljus.
Det här, i kombination med avsaknaden av en värmande atmosfär, betyder att temperaturen i de här kratrarna kan sjunka till så lågt som minus 200 grader Celsius, eller ännu lägre. Vid så låga temperaturer kan isen förbli stabil i miljarder år.
Men hur vet vi att det finns vatten, alltså is, i kratrarna då? Nå, precis som jorden har också månen under årmiljarderna fått ta emot skurar av vattenbärande kometer och asteroider. Dessutom har vatten oavbrutet producerats på månens yta genom vätejoner (protoner) från solvinden som har krockat med syrehaltiga mineraler. Väte plus syre blir vatten.
Men så har vi faktiskt också gjort direkta observationer av vattnet, det vill säga isen. I september 2009 detekterades is på månens yta av ett Nasa-instrument ombord på den indiska månsonden Chandrayaan-1. 2009 bekräftade Nasa igen saken med hjälp rymdsonden LCROSS, som man avsiktligt lät krascha på månen för det här syftet.
Indiens rymdsonder visar vägen
I mars 2010 rapporterades det att ett annat instrument ombord på Chandrayaan-1 hade upptäckt mer än 40 permanent mörka kratrar nära månens nordpol som tros innehålla uppskattningsvis 600 miljoner ton is.
Och det här är sannolikt småpotatis jämfört med månens sydpol, som under årmiljarderna har utsatts för ett mycket större bombardemang av asteroider och kometer, jämfört med nordpolen. De permanent skuggade kratrarna i söder är både större och djupare, och de är också lättare tillgängliga för insyn jämfört med månens nordpol. Det här på grund av hur månens omloppsbana runt jorden lutar i förhållande till den så kallade ekliptikan.
De indiska månsonderna och månlandarna har på det hela taget varit väldigt flitiga när det kommer till att få dollarsymbolerna att tändas i investerarnas ögon. Månlandaren Chandrayaan-3 och dess lilla rover, stor som en resväska ungefär, har med sina sensorer indikerat närvaron av svavel, aluminium, kalcium, järn, titan, mangan, krom och syre i månens ytskikt.
Men speciellt nu på sistone har snacket om månens tillgångar framför allt kretsat kring en specifik resurs. Helium-3.
Innan vi tar en titt på varför just isotopen helium-3 är så intressant, några ord om själva grundämnet helium. Helium är grundämne nummer två i det periodiska systemet, en färglös och luktlös ädelgas. På grund av att det är så lätt, har det mesta heliumet i jordens atmosfär rymt ut i rymden för länge sedan. Små mängder helium uppstår alltjämt genom radioaktiva sönderfallsprocesser i jordens inre. Helium utvinns ur naturgas.
Det är på sätt och vis ironiskt att helium är så sällsynt här på jorden, med tanke på att det är det näst vanligaste grundämnet i universum, näst efter väte, då. Det finns massvis med helium i solen (och i de övriga stjärnorna), där det bildas i samband med fusionsprocessen i solens kärna. Som vi minns från förra veckans Kvanthopp-avsnitt – solen producerar sin energi genom vätefusion, där väteatomer slås samman till helium. Det här frigör stora mängder energi.
Helium, grundämnenas schweiziska fickkniv
Det är också intressant att vi bara har känt till existensen av helium i cirka ett och ett halvt sekel. Upptäckten av grundämnet helium är en fascinerande berättelse som börjar med studiet av en solförmörkelse 1868. Den franske astronomen Jules Janssen och den engelske astronomen Joseph Norman Lockyer observerade oberoende av varandra en gul spektrallinje i solspektrumet under förmörkelsen. De spekulerade i att den här linjen kan motsvara ett tidigare okänt grundämne.
Lockyer döpte det nya grundämnet till ”helium”, efter det grekiska ordet ”Helios”, som betyder solen. Det dröjde ändå till 1895 innan helium isolerades av den skotske kemisten Sir William Ramsay och den engelske kemisten Lord Rayleigh. Ramsays och Rayleighs upptäckt av helium gav dem Nobelpriset i kemi 1904.
Sedan dess upptäckt har helium fått många tillämpningar inom bland annat kryoteknik, flygteknik, medicinsk avbildning, allsköns forskning – och förstamajballonger.
Det är de facto lite ironiskt att vi slösar bort våra knappa heliumtillgångar på partyballonger, med tanke på hur ändligt helium är som resurs. Och hur viktiga roller det spelar, främst kanske som kylmedel, i flytande form, för supraledande magneter. I partikelacceleratorer, till exempel, men också i sjukhusens magnetkameror. Utan helium skulle de inte fungera.
Men då talar vi alltså om ”vanligt” helium, det vill säga isotopen helium-4. Dess kärna består av två protoner och två neutroner. Och det är alltså inte den här sortens helium som man hoppas på att kunna utvinna på månen. Då talar vi om helium-4:s sällsynta kusin, helium-3.
Innan vi tittar närmare på kopplingen till månen – vad är helium-3 och hur skiljer sig den här isotopen från helium-4? Nå, helium-3 är, liksom sin storebror helium-4, en stabil isotop av helium. Det vill säga, den är inte radioaktiv. Och trean i dess namn betyder att en helium-3-atomkärna består av två protoner och en neutron, istället för två, som i helium-4. Det ger den lite speciella egenskaper, som vi ska komma till.
Supersällsynt isotop här på jorden
Helium-3 är extremt sällsynt på jorden. För varje miljon atomer av ”vanligt” helium här på jorden finns det mindre än 20 atomer av helium-3. En enda liter helium-3 kostar följaktligen tusentals euro. Och det finns gott om hugade spekulanter.
Helium-3 används bland annat i kärnforskning, särskilt i detektorer för neutronstrålning. Helium-3 absorberar neutroner mycket effektivt och används i diverse neutrondetektorer och neutronspektrometrar. Men det används också i vissa säkerhetsapplikationer, i stil med neutrondetektorer för gränssäkerhet, till exempel för att upptäcka olaglig handel med kärnmaterial.
Neutronabsorptionen gör helium-3 användbart också inom medicinsk avbildning, till exempel inom så kallad positronemissionstomografi (PET-scan). Det har jag själv varit med om. Då används helium-3 i PET-scannerns detektorer för att fånga och analysera de emitterade partiklarna. Och till att diagnostisera olika medicinska tillstånd, i mitt fall var det sarkoidos.
Utöver det här används helium-3 i olika kryogena applikationer – alltså forskning som involverar mycket låga temperaturer. Det här då på grund av den extremt låga kokpunkten som helium-3 har. Helium-3 används till exempel i kylsystemen för vissa supraledande magneter i MRI-maskiner – magnetkameror, med andra ord – och i forskningslabb som studerar lågtemperaturfenomen.
Men sedan finns den kanske allra största grejen med helium-3, fast det är mera av ett framtidslöfte än en aktuell grej. Helium-3 brukar nämnas som ett potentiellt bränsle för framtida fusionsreaktorer.
Fusionsenergi och kvantdatorer behöver helium-3
Just nu pågår ju en intensiv forskning i fusionsenergin i flera olika laboratorier och experimentella reaktorer runtom i världen. Fusionsenergin kan i princip bli svaret på alla våra energiproblem – i praktiken en evig energikälla, utan alla de risker som förknippas med ”vanlig” kärnkraft. Fusionsenergi är alltså en sorts kärnkraft, bara att den är ”omvänd”. I stället för att klyva atomer för att generera energi, slår man ihop dem. Eller försöker slå ihop dem åtminstone.
Grejen med fusionsenergi är att den inte producerar massvis med farligt kärnavfall. Men den är inte helt fri från radioaktivitet. De flesta experimentella reaktorer kör just nu med tungt väte som bränsle, alltså deuterium och tritium. De motsvarar vanligt väte, men de har två respektive tre neutroner i kärnan. Och då man slår ihop tungt väte flyger neutroner hejvilt åt alla håll. Det här gör med tiden att vissa material i själva reaktorn kan bli radioaktiva.
Och det är här som helium-3 kommer in i bilden. Helium-3 har betraktats som en lovande kandidat till framtidens fusionsbränsle, eftersom det uppstår betydligt mindre neutronstrålning när man slår ihop helium-3-atomer.
Utmaningen med helium-3 som fusionsbränsle är ändå att helium-3-fusion kräver betydligt högre temperaturer jämfört med deuterium-tritiumfusion. Att uppnå och upprätthålla den här sortens temperaturer på ett kontrollerat sätt är inte helt lätt, om vi säger så.
Men fusionsenergin är inte den enda framtidsteknologin som skapar en potentiell efterfrågan för helium-3. Faktum är att vi kan stå inför en helium-3-rusch bara i och med kvantdatorerna, som väntas revolutionera datorbranschen i den nära framtiden. De kräver extremt låga temperaturer för att fungera ordentligt, och helium-3 är det bästa kylmedlet för att åstadkomma det här.
Varför just på månen?
Så vi har alltså två betydande framtida tillämpningar som formligen ropar efter helium-3 – fusionsenergin och kvantdatorerna – men en extremt begränsad tillgång på det, åtminstone här på jorden.
Men här är grejen – på månen finns det desto mer helium-3. Som en analytiker sade i en intervju för Ars Technica: ”Helium-3 är den första och hittills enda resursen som är prissatt tillräckligt högt för att göra det lönsamt att utvinna den på månen och föra den till jorden.”
Innan vi tittar på hur det skulle gå till – hur kan det komma sig att det finns så mycket helium-3 just på månen då? Det finns flera orsaker till det. Månen saknar som vi vet i praktiken en atmosfär. Något magnetfält att snacka om finns inte heller. Så solvinden, strömmen av laddade partiklar från solen, har i miljarder år kommit åt att bombardera månens yta till lust och leda.
Och hur det nu råkar sig, solvinden innehåller en liten men betydande mängd helium-3, som uppstår i samband med fusionsprocesserna inuti solen. Och när de här helium-3-partiklarna träffar månens yta, bäddar de in sig i regoliten. Till skillnad från jorden, där det eventuella helium-3 som anländer, blir uppfångat och utspätt i atmosfären, tillåter månens brist på atmosfär helium-3 att ackumuleras hyfsat ostört i dess ytskikt.
Och där blir heliumet sedan liggande, relativt stabilt och ostört. Månen har ju inga aktiva geologiska processer på gång, och minimalt med erosion. Det har beräknats att månen kan hysa upp till en miljon ton helium-3. Det här medan den mängd som krävs för att täcka hela mänsklighetens årliga energibehov skulle vara ungefär 75 ton.
Och det här för oss till den nyhet som spreds på rymd- och tekniksajterna förra veckan. Två av det amerikanska raketföretaget Blue Origins tidigare chefer, Rob Meyerson och Gary Lai, har startat ett företag som siktar på att utvinna helium-3 från månens yta, återföra det till jorden och sälja det till högstbjudande här.
Pilotanläggning på månen 2028?
Företaget, kallat Interlune, siktar på att skjuta iväg en obemannad prototyp 2026 som ska ta prov på ytmaterialet, mäta helium-3-mängden i det, och ta vara på en del av det. Efter det är målet att en pilotanläggning ska finna på plats senast 2028, och senast 2030 ska leveranserna av helium-3 börja anlända från månen till marknaderna här på jorden, enligt Interlunes planer, alltså.
Men många frågor kvarstår. Först och främst måste företaget ta fram ett sätt att utvinna helium-3 från månens ytmaterial, kallat regolit, som sägs vara ett riktigt jobbigt material att arbeta med. Det har beräknats att Interlunes helium-”skördetröska” skulle behöva böka genom tonvis med regolit bara för att få ihop ett enda gram helium-3. Och så var det också det här med att frakta heliumet hit till jorden – just nu vet ingen hur det skulle gå till.
Slutligen måste Interlune bevisa att det verkligen kommer att finnas en stor och hållbar marknad för helium-3, stor nog för att göra företagets verksamhet hållbar.
Ja, och helt obetydligt är inte heller det faktum att vi har någonting kallat Rymdfördraget, eller Outer Space Treaty. Det är ett internationellt avtal från 1967 som reglerar rättsliga frågor kring rymden och främmande himlakroppar, inklusive månen. Också om fördraget inte specifikt nämner brytningen av helium-3 på månen, innehåller det paragrafer som potentiellt kan komma i vägen för sådan verksamhet.
Rymdfördraget slår bland annat fast att ingen stat eller privat aktör kan göra territoriella anspråk eller hävda äganderätt när det kommer till en himlakropp som månen. Det kan alltså ännu bli både en juridisk fight och ett riktigt slagsmål om månens resurser. De undertecknande staterna är vidare ansvariga för skador som uppkommer vid rymdverksamhet, även privat sådan.
Man kan med andra ord inte vända upp och ned på månsanden så där bara, efter behag. Trots att det inte finns någon direkt natur, inga ekosystem som man kan rubba på månen, finns där ändå vissa miljöhänsyn som måste tas i beaktande.
En luddig plan är bättre än ingen alls
Så Interlunes tidtabell ska, med andra ord, tas med en nypa salt. Deras plan är ändå en intressant spelöppning där någon för första gången sätter kött på benen på det här med vad som egentligen kunde tänkas menas med begreppet ”månekonomi”. Ett ord som det har bollats med väldigt mycket på senare tider, utan någon klar definition för vad det kan innebära. Nå, här har vi det nu. Helium-3-gruvor.
Jag lovade förresten i början att säga någonting om vad hela den här utlovade, härliga månekonomin kunde tänkas innebära för Finland. Hur det nu råkar sig – i slutet av januari meddelades det från USA att Nokia har valts ut som ett av fjorton företag för ett tioårigt projekt där man ska utveckla en ”multitjänstarkitektur för att stödja en blomstrande ekonomi på månen under de kommande årtiondena”. Det här då för det amerikanska försvarsdepartementets räkning.
Det står här i pressmeddelandet att ”Nokia valdes ut för sin expertis i att designa framtida nätverksarkitekturer, och ledarskap inom månens ytkommunikationsteknologi”. Nokia ska med andra ord fixa wifi åt framtidens gruvarbetare på månen. Och, eftersom det här är försvarsdepartementet vi talar om, åt USA:s Space Force, som ser till att ingen råddar med de amerikanska mångruvorna.
Nå, vad det blir av det här i praktiken återstår att se. Först måste vi överhuvudtaget återknyta bekantskapen med månen, så att säga, och redan det är en utmaning i sig. Vi får återkomma när vi vet mer.