Ay yüzeyinde bulunan toz ve kayalar, uzayda ciddi bir yıpranmaya maruz kalır. Dünya’nın sahip olduğu koruyucu manyetosfer ve atmosferden yoksun olan Ay yüzeyi, sürekli olarak güneş rüzgarı, kozmik ışınlar ve mikrometeoritlerin parçacık bombardımanına uğrar. Bu kesintisiz saldırılar, “uzay aşınması” (space weathering) adı verilen bir olguya neden olur.
NASA tarafından finanse edilen yeni araştırma, uzay aşınması fenomenine dair taze bilgiler sunuyor.
Apollo görevlerinden getirilen Ay örneklerini nanometrik ölçekte inceleyen araştırmacılar, insanlı uzay görevleri için potansiyel riskleri ve uzay aşınmasının Ay’daki su oluşumunda nasıl bir rol oynayabileceğini ortaya koydu.
Önceki çalışmaların çoğu Ay’ı yörüngeden haritalayan araçlarla yapılmıştı. Bu yeni çalışma ise, araştırmacılara Apollo örneklerinin farklı bölgelerden gelen nanometrik örneklerini hem mekânsal olarak haritalama hem de optik imzalarını analiz etme imkanı verdi. Bu sayede Ay yüzeyinin kimyasal bileşimi ve radyasyon geçmişi hakkında daha derin bilgiler elde edildi.
Araştırma sonuçları Scientific Reports dergisinde yayımlandı.
“Artemis programı açısından Ay’daki suyun varlığı kritik önemde. İnsan varlığını sürdürebilmek için gerekli ve özellikle suyun parçalanmasıyla elde edilen oksijen ve hidrojen molekülleri açısından büyük bir kaynak,” diyor Georgia Tech Kimya ve Biyokimya Fakültesi profesörü, Georgia Tech Uzay Teknolojileri ve Araştırma Merkezi’nin kurucularından ve eski yöneticilerinden Thomas Orlando.
NASA’nın SSERVI (Güneş Sistemi Keşif Araştırma Sanal Enstitüsü) birimi olan CLEVER, Ay örneklerinin analizinde yetkili laboratuvarlardan biri. ABD ve Avrupa’daki çeşitli üniversite ve enstitülerden araştırmacıların katıldığı bu birim, güneş rüzgarı ve mikrometeoritlerin su, moleküler oksijen, metan ve hidrojen gibi uçucu maddeleri nasıl oluşturduğunu inceliyor.
Bu çalışmada Georgia Tech ekibi, Georgia Üniversitesi (UGA) Fizik ve Astronomi Bölümü’nden Profesör Yohannes Abate’nin yürüttüğü Nano-Optik Laboratuvarı’ndan da destek aldı. UGA, CLEVER üyesi olmasına rağmen laboratuvarın nano-FTIR spektroskopi ve nanoskopi ekipmanları daha önce genelde yarı iletken fiziği için kullanılıyordu, uzay bilimi için değil.
“Bu araçlar ilk kez uzay aşınmasına maruz kalmış Ay örneklerinde kullanıldı ve nanoskopik düzeyde uzay aşınmasının net imzaları ilk kez bu kadar iyi gözlemlendi,” diyor Orlando.
UGA Fizik Bölümü başkanı Prof. Phillip Stancil, standart spektrometrelerin toprak gibi materyallerin daha genel özelliklerini görmeye yararken, bu ekipmanın 10 nanometre mertebesinde örnekleri inceleyebildiğini belirtiyor. Ölçeği anlatmak için, bir hidrojen atomunun yaklaşık 0,05 nm olduğunu, yani 1 nanometrenin yan yana dizilmiş 20 atom büyüklüğünde olduğunu ifade ediyor. Bu spektrometreler, Ay örneklerinin yüzeyindeki taneleri yüzlerce atom seviyesinde çözümleyebiliyor.
“Bu kayaçların nasıl oluştuğunu, hangi süreçlerden geçtiğini neredeyse atomik düzeyde anlayabiliyoruz,” diyor Stancil.
Orlando, atomik düzenin nasıl bozulduğunu ve radyasyondan nasıl etkilendiğini anlamanın bu sayede mümkün olduğunu belirtiyor. Bu bozulmaların kaynağının uzay aşınması mı yoksa kayaçların oluşumu sırasında gerçekleşen kristalleşme süreci mi olduğu da ayırt edilebiliyor.
Araştırmacılar, örneklerdeki optik imzalarda değişiklikler de dahil olmak üzere çeşitli hasarlar tespit etti. Bu gözlemler, Ay yüzeyinin nasıl şekillendiğini ve evrildiğini anlamalarına yardımcı oldu. Ayrıca kayaçların kimyasal bileşimi ve radyasyonla nasıl değiştiğine dair bilgiler de elde edildi.
Bazı optik imzalarda, atomik kafeste eksik atomlar veya boşluklar nedeniyle oluşan hapsolmuş elektron durumları da gözlendi. Taneler radyasyona maruz kaldığında bazı atomlar yerlerinden çıkıyor ve elektronlar bu boşluklarda hapsoluyor. Bu tuzakların türleri ve enerji seviyeleri, Ay’ın radyasyon geçmişini anlamaya yardımcı oluyor. Hapsolmuş elektronlar ayrıca elektrostatik yüklemelere ve kıvılcımlara da neden olabilir. Bu, astronotlar, araçlar ve ekipman için sorun teşkil edebilir.
Orlando, bazı bölgelerde nadir toprak elementi neodimyum veya iz elementi krom gibi elementlerin daha yoğun bulunduğunu, bunların radyoaktif bozunma yoluyla oluştuğunu ve dış kaynaklı etkilerin (örneğin mikrometeoritler) göstergesi olabileceğini belirtiyor.
Radyasyon ve bunun Ay’daki tozlar üzerindeki etkisi insanlar için tehlike oluşturuyor. Temel koruma aracı ise astronot kıyafetleri.
Orlando, üç temel riski vurguluyor:
Ay tozu, astronot kıyafetlerinin sızdırmazlık contalarını bozabilir.
Mikrometeoritler kıyafetleri delip geçebilir. Bu yüksek hızlı parçacıklar büyük cisimlerin parçalanmasıyla oluşuyor ve güneş fırtınaları gibi önceden kestirilmeleri zor. Saatte 18.000 km’yi aşan hızlarla gelen bu parçacıklar adeta birer mermi gibi.
Astronotlar, kıyafetlerinde kalan tozu soluyarak solunum yollarında sorun yaşayabilir. NASA, bu tozu temizlemek ve etkilerini azaltmak için farklı yöntemler üzerinde çalışıyor.
Bir sonraki araştırma aşaması, UGA’nın analiz araçlarının Georgia Tech’in geliştirdiği yeni bir analiz aracıyla birleştirilmesini içerecek. Bu araç, 50 yılı aşkın süredir saklanan Apollo örneklerinin analizinde kullanılacak.
“Bu örnekleri şimdiye kadar hiç yapılmamış bir detay seviyesinde incelemek için iki çok sofistike aracı birleştireceğiz,” diyor Orlando.
Amaç, Ay’ın yörüngeden haritalanmasını besleyecek modeller geliştirmek. Bu hedefe ulaşmak için Georgia Tech ve UGA ekibi, nanometrik düzeyden makroskobik düzeye çıkarak Ay yüzeyinde ne olduğunu ve su ile metan gibi kaynakların nerelerde bulunduğunu göstermek istiyor. Bu kaynaklar, insanlığın Ay ve derin uzay keşif hedeflerini gerçekleştirebilmesi için büyük önem taşıyor.
