Bagaimana Kami Menemukan Air di Bulan
Element

Bagaimana Kami Menemukan Air di Bulan

[ad_1]

Itu adalah penerbangan sepuluh jam dari lepas landas hingga mendarat, roda naik tepat setelah pukul 6 SORE, dari Palmdale, California, di seberang Pasifik. Selama sembilan jam empat puluh menit pertama, Casey Honniball, seorang ilmuwan planet berusia dua puluh tujuh tahun, tidak memiliki banyak pekerjaan. Dia tidur siang, makan sandwich selai kacang dan jelly, dan menggunakan laptopnya untuk mengerjakan proposal penelitian. Pesawat itu tampak lebih besar dari biasanya — hampir semua kursi telah dilepas, bersama dengan banyak panel interior badan pesawat — dan suaranya sangat dingin dan sangat keras. Di kabin utama, yang tampak seperti pengendali misi, lima belas penumpang lainnya bekerja secara bergantian di belakang konsol komputer raksasa. Perlengkapan berputar biru besar, menyerupai pintu lemari besi bertabur instrumen ilmiah, mendominasi dinding belakang pesawat. Itu adalah bagian dalam dari teleskop inframerah selebar delapan kaki, cerminnya mengarah ke sisi kiri pesawat dan mengarah ke luar angkasa. Honniball menyaksikan penyeimbang hidrauliknya bergerak secara halus dan tanpa henti, mengimbangi turbulensi.

SOFIA—Stratosfer Observatorium untuk Astronomi Inframerah — adalah fasilitas teleskop udara yang didanai bersama oleh NASA dan Pusat Dirgantara Jerman. Dibangun menjadi 747 yang diubah, ia terbang pada ketinggian antara tiga puluh delapan dan empat puluh lima ribu kaki, menempatkannya di atas lapisan uap air Bumi, yang mungkin mengganggu pengamatan. Para ilmuwan menerapkan waktu untuk itu — ada sekitar empat ratus jam yang tersedia setiap tahun — dengan mengajukan eksperimen. Aplikasi pertama Honniball ditolak. Dia melamar kembali, dan direktur SOFIA setuju untuk memberinya “waktu kebijaksanaan direktur” pada akhir penerbangan semalam yang berangkat pada 29 Agustus 2018. Dia memiliki waktu dua puluh menit untuk mencari air di permukaan bulan.

Menggunakan teleskop infra merah, para astronom telah mencari air di permukaan bulan sebelumnya, tetapi hasilnya ambigu. Jenis air yang biasa mengalir dari keran terdiri dari molekul yang terbuat dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen: H2O. Cahaya dipancarkan oleh H.2O pada panjang gelombang tertentu; lihat panjang gelombangnya, dan Anda telah menemukan air. Namun, bulan, seperti semua tempat lain di alam semesta, juga dilapisi oleh hidroksil — ion yang sangat reaktif, masing-masing terbuat dari atom hidrogen dan atom oksigen yang terikat bersama. Anda tidak dapat membuat tumpukan hidroksil, atau menggunakannya untuk mengisi kolam renang. Sayangnya, bagi banyak teleskop inframerah, cahaya yang dipancarkan oleh gugus hidroksil — OH — terlihat tidak dapat dibedakan dari cahaya yang dipancarkan oleh H2O. Ini mungkin untuk teleskop yang dikalibrasi secara khusus untuk membedakan H.2O dari OH. Tetapi teleskop semacam itu tidak akan berfungsi di Bumi, karena uap air di atmosfer, dan belum ada instrumen yang digunakan di luar angkasa. Akibatnya, para ilmuwan yang mengamati bulan belum dapat memastikan dengan pasti apakah mereka sedang mengamati H.2O, hidroksil, atau keduanya.

Honniball memikirkan itu SOFIATeleskop, yang terbang pada ketinggian sekitar delapan setengah mil, mungkin bisa membantu. Saat teleskop menunjuk ke Clavius, sebuah kawah di garis lintang selatan bulan yang tinggi, dia menyaksikan hasil awal mengalir masuk. SOFIA biasanya ditujukan pada supernova dan nebula yang jauh; Pengamatan bulan Honniball membutuhkan protokol yang berbeda dan memerlukan koreksi data atmosfer tertentu. Dia menerima data yang dikoreksi enam bulan kemudian. Ketika dia mulai memprosesnya, dia berbicara di telepon dengan Paul Lucey, yang saat itu menjadi penasihat disertasinya di Universitas Hawaii. “Ya Tuhan,” katanya, saat menyadari apa yang dilihatnya. Dia berteriak. “Kamu tidak akan percaya ini! Itu ada. Sangat jelas! “

Ada beberapa jalan yang bisa digunakan air untuk sampai ke permukaan bulan, tetapi sangat sedikit cara untuk bertahan di sana. Air bisa dikirim oleh mikrometeorit — butiran debu angkasa dari komet, asteroid, dan benda langit lainnya, yang terus-menerus menghantam permukaan bulan. Mungkin juga berasal, dengan cara berbicara, dari matahari. Pada tahun sembilan belas lima puluhan, Eugene Parker, seorang fisikawan di Universitas Chicago, berhipotesis bahwa korona matahari — lapisan luar yang berkilauan yang paling terlihat saat gerhana matahari total — cukup panas sehingga partikelnya dapat mengepul ke luar angkasa, dalam sebuah fenomena dia menyebutnya angin matahari. Pesawat ruang angkasa Luna 1 Uni Soviet mendeteksi partikel angin matahari pada tahun berikutnya. Arus angin mengandung hidrogen; Ilmuwan berteori bahwa, jika hidrogen itu mendarat di bulan, ia mungkin bereaksi dengan oksigen yang ditemuinya untuk membentuk hidroksil, atau mungkin bahkan air.

Bulan adalah tempat yang ekstrem, dan air apa pun yang terbentuk atau tiba di permukaannya akan menjalani kehidupan yang singkat dan penuh kekacauan. Sebuah molekul H2O memiliki ikatan hidrogen, sedikit muatan yang menyebabkannya berperilaku berbeda di lingkungan yang berbeda. Di tempat yang sangat dingin di permukaan bulan, ikatan hidrogen dapat menyebabkan H.2O molekul untuk menempel pada mineral. Tetapi jika mineral-mineral itu memanas — misalnya, saat matahari terbit — maka molekul air akan terlempar, ke luar angkasa. Gravitasi di bulan lemah; sebuah molekul air mungkin terbang seratus kilometer sebelum mendarat lagi. Jika mendarat di tempat yang dingin, mungkin akan menempel sampai suhu naik. Jika ia mendarat di tempat yang hangat, ia mungkin kembali terpental ke permukaan. Molekul air yang memantul bisa dipecah oleh sinar ultraviolet matahari, dan kemudian tersapu oleh angin matahari. Atau, mungkin menemukan tempat peristirahatan.

Jauh sebelum program Apollo, para ilmuwan bertanya-tanya apakah ada tempat di bulan di mana molekul air mungkin dapat terkumpul secara permanen. Pada tahun 1961, para peneliti berhipotesis bahwa, karena posisi relatif matahari, bumi, dan bulan, daerah kutub yang terakhir ideal untuk tujuan ini. Seorang astronot yang menghabiskan satu hari di kutub utara atau selatan bulan akan melihat matahari berputar mengelilingi cakrawala, tepat di tepinya. Namun, jika dia turun ke kawah, dia akan menemukan matahari terhalang seluruhnya oleh dindingnya. Tidak ada sinar matahari yang akan menerangi dasar kawah, tidak peduli posisi bulan di orbit. Para peneliti menghitung suhu daerah yang dibayangi secara permanen itu dan menentukan bahwa, jika molekul air mendarat di dalamnya, mereka dapat bertahan selamanya.

Ilmuwan yang mempelajari planet lain tertarik pada volatil — molekul yang mudah menguap. “Air di bulan, apakah itu di wilayah ekuator atau di kutub, memberi tahu kita sesuatu tentang evolusi volatil di tata surya,” kata David Kring, ahli geologi di Lunar and Planetary Institute, di Houston, kepada saya . Tapi NASAKetertarikan pada air bulan tidak hanya bersifat akademis. Pada 2017, badan tersebut mengumumkan program Artemis, sebuah inisiatif yang bertujuan untuk mengirim robot dan astronot ke kutub selatan bulan, dan untuk membangun pangkalan permanen di bulan pada akhir dekade ini. Idealnya, basis seperti itu akan menjadi mandiri. Air dapat dikonsumsi oleh kru, Kring menjelaskan, dan digunakan untuk membuat oksigen untuk bernapas; itu juga dapat digunakan sebagai perisai radiasi dan diubah menjadi propelan untuk roket. Penelitian Honniball, diterbitkan minggu ini di Astronomi Alam, adalah pengamatan definitif pertama air molekuler di permukaan bulan yang diterangi matahari. “Tidak diketahui, sebelum pengamatan ini, apakah ada molekul air yang ada di permukaan bulan,” kata Lucey, yang merupakan penulis kedua di makalah tersebut. Bisa jadi itu semua adalah hidroksil.

Berapa banyak air yang kita bicarakan? Perkiraan saat ini untuk air bulan berada di urutan beberapa ratus bagian per juta. Bayangkan Anda menuangkan botol air berukuran setengah liter ke dalam satu meter kubik pasir. Jika didistribusikan, air tidak mungkin terlihat: menurut Lucey, ada sekitar seratus kali lebih banyak air dalam satu meter kubik pasir kering dari Gurun Sahara. Oleh karena itu, dalam kasus terbaik, upaya pemanenan air yang bisa diterapkan di bulan tidak akan terlihat seperti penjelajah Mars dan lebih seperti penyulingan industri besar.

Dalam makalahnya, Honniball, yang sekarang menjadi rekan postdoctoral di NASA Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard, di Greenbelt, Maryland, menawarkan beberapa hipotesis tentang bagaimana tepatnya air disimpan. Itu tidak tergeletak di bongkahan es yang mudah dikumpulkan. Sebaliknya, dia dan rekan-rekannya percaya benda itu terperangkap dalam manik-manik kaca yang terbentuk oleh tumbukan mikrometeorit. Saat bola debu antariksa bertabrakan dengan bulan, biasanya bola tersebut menguap, bersama dengan permukaan bulan di titik tumbukan. Tapi bahan yang berbatasan langsung meleleh, mendingin, dan membentuk kaca. Fusi ini terjadi secara instan, dan apa pun yang kebetulan dimasukkan ke dalam lelehan akan dipenjara. Mikrometeorit itu sendiri bisa berisi air, yang akan terperangkap; mungkin ada air di permukaan bulan yang sudah ada di titik benturan; atau dampaknya bisa menyebabkan hidroksil di permukaan melebur dengan hidroksil lain, membentuk molekul air. “Sebenarnya itu sesuatu yang terjadi saat ini,” kata Honniball. “Micrometeorites selalu menghantam bulan, terus-menerus menghasilkan air ini dan menjebaknya di dalam gelas.”

Tidak jelas seberapa luas penyebaran air di permukaan bulan yang diterangi matahari. “Kami membutuhkan lebih banyak observasi dengan SOFIA, melihat lebih banyak lokasi di bulan, dan pada beberapa fase, ”kata Honniball. Dia dan timnya meminta tujuh puluh dua jam waktu observasi lagi. Jika mereka mendapatkannya, dia berkata, “kita akan memetakan sisi dekat bulan, dan memeriksa bagaimana air bergerak dan bagaimana ia disimpan.” NASA, sementara itu, dapat mulai memikirkan tentang cara kerja pemurnian air di bulan. Misi pesawat ruang angkasa-bulan di masa depan dapat menyelidiki kelimpahan air.

Bercak gelap di permukaan bulan disebut mare — istilah yang diambil dari kata Latin untuk “laut”. Neil Armstrong dan Buzz Aldrin mendarat di Sea of ​​Tranquility. Ketika Mare Tranquillitatis diberikan namanya, pada 1651, itu tidak dimaksudkan secara metaforis. Selama ribuan tahun, para astronom menganggap bulan seperti Bumi, dengan daratan dan lautan. Satu-satunya pertanyaan nyata adalah apakah area gelap atau terang terendam. Plutarch, filsuf Yunani, menganggap wilayah bulan yang lebih gelap adalah lautan dan samudra; Johannes Kepler, yang antara 1609 dan 1619 menerbitkan hukum gerak planet, percaya bahwa matahari akan memantulkan dengan kuat ke laut bulan, membuatnya menjadi putih. Galileo lebih cerdik dalam hal ini: dia meninggalkan pembaca untuk menyimpulkan keyakinannya bahwa lautan itu gelap. Sekarang Casey Honniball dapat menambahkan pengamatannya ke Kepler dan Galileo. Ada air di wilayah gelap dan terang — hanya saja tidak dalam bentuk yang bisa dibayangkan oleh para pendahulunya.

Di Persembahkan Oleh : Keluaran SGP