Ay toprağı - Lunar soil
Ay toprak olan ince fraksiyon arasında regolith bulunan yüzey arasında Ay . Özellikleri karasal kirlerden önemli ölçüde farklı olabilir. Ay toprağının fiziksel özellikleri, temel olarak, sürekli meteorik etkiler ve güneş ve yıldızlararası yüklü atom parçacıklarının yıllar boyunca bombardımanından kaynaklanan bazaltik ve anortositik kayaların mekanik parçalanmasının sonucudur . Süreç, büyük ölçüde mekanik aşınmalardan biridir.parçacıkların zamanla kademeli olarak daha ince boyuta öğütüldüğü. Bu durum, temel olarak moleküler oksijen (O 2 ), nem, atmosferik rüzgar ve katkıda bulunan sağlam bir dizi biyolojik sürecin mevcudiyetinin aracılık ettiği karasal kir oluşumuyla çelişir .
Ay toprağı tipik olarak , 1 cm veya daha küçük çapta tanelerden oluşan , ancak genellikle birbirinin yerine kullanılan ay regolitinin yalnızca daha ince bir kısmını ifade eder . Ay tozu genellikle ay toprağından daha ince malzemeleri çağrıştırır . Hangi boyut fraksiyonunun "toz" oluşturduğuna dair resmi bir tanım yoktur; bazıları kesmeyi 50 μm'den daha küçük bir çapa yerleştirirken, diğerleri onu 10 μm'den daha küçük bir çapa yerleştirir.
oluşum süreçleri
Ay toprağının oluşumunda yer alan başlıca süreçler şunlardır:
- Parçalama : kayaların ve minerallerin meteorit ve mikrometeorit çarpmaları ile mekanik olarak daha küçük parçacıklara parçalanması ;
- Aglütinasyon : mineral ve kaya parçalarının mikrometeorit darbesi ile üretilen cam ile birbirine kaynaklanması;
- İyonların ve yüksek enerjili parçacıkların etkilerinin neden olduğu güneş rüzgarı sıçraması ve kozmik ışın patlaması .
Bu süreçler zamanla kirin fiziksel ve optik özelliklerini değiştirmeye devam eder ve uzay aşınması olarak bilinir .
Bulunan Ayrıca, yangın pınar, bu sayede, volkanik lav lofted ve yüzeye inmeden önce küçük cam boncuklar halinde soğur, portakal kir gibi bazı yerlerde, küçük ama önemli birikimleri oluşturabilecek Shorty krater içinde Boğa-Littrow vadi Apollo 17 ve Apollo 15 tarafından Hadley-Apennine'de bulunan yeşil cam . Volkanik boncuk birikintilerinin Ay'ın diğer bölgelerindeki Karanlık Manto Yataklarının (DMD) kaynağı olduğu düşünülmektedir.
Mineraloji ve kompozisyon
Ay toprağı, kaya parçaları, mono-mineralik parçalar ve aglutinat parçacıklar, volkanik ve çarpma küreleri dahil olmak üzere çeşitli cam türleri dahil olmak üzere çeşitli parçacık türlerinden oluşur. Aglütinatlar, ay yüzeyinde, her bir toz parçacığının camsı kabuğuna gömülü küçük elementer demir parçacıkları ile bitişik malzemeleri kaynaştıran küçük ölçekli erimeye neden olan mikrometeorit çarpmaları ile oluşur. Zamanla, malzeme hem dikey hem de yatay olarak ("bahçecilik" olarak bilinen bir süreç) çarpma işlemleriyle karıştırılır. Dış kaynaklardan gelen malzemenin katkısı nispeten küçüktür, öyle ki herhangi bir konumdaki kir bileşimi büyük ölçüde yerel anakaya bileşimini yansıtır.
Ay regolitinin kimyasında ve karasal malzemelerden kaynaklanan kirde iki derin fark vardır. Birincisi, Ay'ın çok kuru olmasıdır. Sonuç olarak, yapısında su bulunan kil , mika ve amfibol gibi mineraller ( mineral hidrasyonu ) Ay yüzeyinde yoktur. İkinci fark, Ay regoliti ve kabuğunun , Dünya'nın kabuğu gibi önemli ölçüde oksitlenmek yerine kimyasal olarak indirgenmesidir . Regolit durumunda, bu kısmen ay yüzeyinin güneş rüzgarından gelen protonlarla sürekli bombardımanından kaynaklanmaktadır . Bunun bir sonucu, Ay'daki demirin elemental (0) ve katyonik (+2) oksidasyon durumlarında bulunurken, Dünya'da demirin esas olarak +2 ve +3 oksidasyon durumlarında bulunmasıdır.
Ay yüzeyinde çeşitli elementlerin nispi konsantrasyonu
Ayın dağlık bölgeleri, Ay ovaları ve Dünya üzerindeki çeşitli elementlerin nispi konsantrasyonu (ağırlık yüzdesi olarak)
Ay toprağı ile kirlenmiş beta bezi (Apollo 16)
Özellikler
Ay toprağı özellikleri hakkında uygun bilgi edinmenin önemi büyüktür. Birkaç örnek vermek gerekirse, yapıların inşası, kara ulaşım ağları ve atık bertaraf sistemleri potansiyeli, ay toprak örneklerinin test edilmesinden elde edilen gerçek dünyadaki deneysel verilere bağlı olacaktır. Toprağın yük taşıma kabiliyeti, Dünya'daki bu tür yapıların tasarımında önemli bir parametredir.
Sayısız göktaşı çarpması nedeniyle (20 km/s aralığındaki hızlarla), ay yüzeyi ince bir toz tabakasıyla kaplıdır. Toz elektrik yüklüdür ve temas ettiği her yüzeye yapışır.
Ay regolith yoğunluğu yaklaşık 1.5 gr / cm 3 . Kir, regolitin üst tabakasının altında çok yoğun hale gelir.
Ay toprağının özelliklerini etkileyebilecek diğer faktörler arasında büyük sıcaklık farkları , sert bir vakumun varlığı ve önemli bir ay manyetik alanının olmaması , dolayısıyla yüklü güneş rüzgarı parçacıklarının Ay'ın yüzeyine sürekli olarak çarpmasına izin verilmesi sayılabilir .
Ay tozu fıskiyeleri ve elektrostatik havaya yükselme
Ay'ın, Ay'ın yüzeyinden sürekli sıçrayan ve geri düşen, statik görünen ancak sürekli hareket halindeki toz parçacıklarından oluşan bir "toz atmosferi" ortaya çıkaran ince bir hareketli toz parçacıkları katmanına sahip olduğuna dair bazı kanıtlar var. "Ay çeşmesi" terimi, bu etkiyi, bir çeşmedeki su moleküllerinin, akışın sabitliği nedeniyle statik görünürken balistik bir yörünge izleyen akışına benzeterek tanımlamak için kullanılmıştır. En Dünyadışı Fizik Laboratuvarı tarafından 2005 yılında önerilen bir modele göre NASA 'nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi , bu kaynaklanır elektrostatik havalanma . Ay'ın gün ışığı alan tarafında, güneş sert ultraviyole ve X-ışını radyasyonu, elektronları ay toprağındaki atomlardan ve moleküllerden koparmaya yetecek kadar enerjilidir . En küçük ay tozu parçacıkları (1 mikrometre ve daha küçük olan) yüzeyden itilene ve en küçük parçacıklar en yüksek irtifalara ulaşacak şekilde metrelerden kilometrelerce yüksekliğe kadar yükselene kadar pozitif yükler oluşur. Sonunda işlemin tekrarlandığı yüzeye doğru geri düşerler. Gece tarafında, toz güneş rüzgarından gelen elektronlar tarafından negatif olarak yüklenir . Gerçekten de, çeşme modeli, gece tarafının gündüz tarafına göre daha büyük elektrik gerilimi farkları elde edeceğini ve muhtemelen toz parçacıklarını daha da yüksek irtifalara fırlatacağını öne sürüyor . Bu etki, Ay'ın yörüngesinin, Ay'ın manyetik alanının bir parçası olan Dünya'nın manyeto kuyruğundan geçtiği kısmı sırasında daha da geliştirilebilir . Sonlandırıcıda, gündüz ve gece alanları arasında oluşan önemli yatay elektrik alanları olabilir ve bu da yatay toz taşınmasına neden olabilir - bir tür "Ay fırtınası".
Bu etki, 1956'da bilim kurgu yazarı Hal Clement tarafından Astounding Science Fiction'da yayınlanan "Dust Rag" adlı kısa öyküsünde bekleniyordu .
Bu etki için bazı kanıtlar var. 1960'ların başında, Surveyor 7 ve Ay'a yumuşak iniş yapan önceki birkaç Surveyor uzay aracı , Güneş battıktan sonra da devam eden ay ufku üzerinde düşük bir alacakaranlık parıltısı gösteren fotoğraflar verdi. Üstelik, atmosferik puslu havasız koşulların beklentisinin aksine, kara ve gökyüzü arasındaki uzak ufuk çok keskin görünmüyordu. 1972'de Ay'ın yörüngesinde dönen Apollo 17 astronotları, ayın gün doğumu veya gün batımından yaklaşık 10 saniye önce çeşitli şekillerde "bantlar", "flamalar" veya "alacakaranlık ışınları" olarak adlandırdıkları şeyleri defalarca gördüler ve çizdiler. Bu tür ışınlar, Apollo 8, 10 ve 15'teki astronotlar tarafından da rapor edildi. Bunlar , Dünya'daki alacakaranlık ışınlarına benzer olabilir .
Apollo 17 ayrıca Ay'ın yüzeyine LEAM adı verilen , Lunar Ejecta ve Meteorites'in kısaltması olan bir deney yerleştirdi . Ay'ın yüzeyine çarpan küçük meteoroidlerin fırlattığı tozu aramak için tasarlandı. Küçük parçacıkların hızını, enerjisini ve yönünü kaydedebilen üç sensörü vardı: biri yukarıyı, doğuyu ve batıyı gösteriyordu. LEAM, her sabah, çoğunlukla doğudan veya batıdan gelen -yukarıdan veya aşağıdan ziyade- ve çoğunlukla ay ejektası için beklenen hızlardan daha yavaş olan çok sayıda parçacık gördü. Buna ek olarak, deneyin sıcaklığı her ayın doğuşundan birkaç saat sonra yaklaşık 100 santigrat dereceye yükseldi, bu nedenle ünite aşırı ısındığı için geçici olarak kapatılmak zorunda kaldı. Bunun, LEAM'e yapışan elektrik yüklü ay tozunun bir sonucu olabileceği ve yüzeyini karartarak deney paketinin yansıyan güneş ışığından ziyade emilmesinin bir sonucu olabileceği tahmin ediliyor. Ancak, LEAM Apollo programı sona ermeden kısa bir süre önce çalıştığı için bilim adamları sorunun kaynağına dair kesin bir tespit yapamadılar.
Bu fırtınaların Dünya'dan tespit edilmiş olması mümkündür: Yüzyıllardır, Ay'da " Geçici ay fenomeni " veya TLP'ler olarak bilinen garip parlayan ışıklar olduğuna dair raporlar var . Bazı TLP'ler anlık parlamalar olarak gözlemlendi ve artık genellikle ay yüzeyini etkileyen meteoroidlerin görünür kanıtı olarak kabul ediliyor. Ancak diğerleri, amorf kırmızımsı veya beyazımsı parıltılar olarak veya hatta saniyeler veya dakikalar içinde şekil değiştiren veya kaybolan karanlık puslu bölgeler olarak ortaya çıktı. Bunlar, asılı duran ay tozundan yansıyan güneş ışığının bir sonucu olabilir.
Ay tozunun zararlı etkileri
2005 yılında NASA'da yapılan bir araştırma, insanların bir insan Mars seferine katılmadan önce daha fazla çalışma gerektiren 20 riski listeledi ve bir numaralı zorluk olarak "toz"u sıraladı. Rapor, mekanik özellikleri, aşındırıcılığı, kumluluğu ve elektrik sistemleri üzerindeki etkisinin araştırılmasını istedi. Çoğu bilim adamı, soruları kesin olarak yanıtlamanın tek yolunun, herhangi bir astronot göndermeden önce Marslı toprak ve kaya örneklerini Dünya'ya geri göndermek olduğunu düşünüyor.
Bu rapor Mars tozunu ele alsa da, ay tozuyla ilgili endişeler de aynı derecede geçerli. Ay yüzeyinde bulunan toz, herhangi bir insan ileri karakol teknolojisi ve mürettebat üyeleri üzerinde zararlı etkilere neden olabilir:
- Radyasyonla ısı transferinde önemli bir artışa yol açan yüzeylerin kararması ;
- Toz parçacıklarının aşındırıcı doğası, sürtünme yoluyla yüzeyleri ovalayabilir ve aşındırabilir;
- Ekipmanı uzaydan, optik lenslerden, güneş panellerinden ve pencerelerden ve ayrıca kablolardan yalıtmak için contalarda kullanılan kaplamalar üzerinde olumsuz etki;
- Bir astronotun akciğerlerinde, sinirlerinde ve kardiyovasküler sistemlerinde olası hasar;
- Küçük toz taneciklerinin uzay ortamına maruz kalması nedeniyle uzay giysisi arkının olası artan riski.
Ay yüzeyinde keşif sırasında ay tozuna maruz kalma risklerini değerlendirmek ve böylece maruziyeti kontrol etmek için en uygun önlemleri belirlemek için astronot hijyeni ilkeleri kullanılmalıdır. Bunlar, uzay giysisini üç aşamalı bir hava kilidi içinde çıkarmayı, giysiyi çıkarmadan önce bir mıknatısla "vakumlamayı" ve uzay aracının atmosferinden tozu çıkarmak için yüksek verimli partikül filtreli yerel egzoz havalandırmasını kullanmayı içerebilir.
Ay tozunun zararlı özellikleri iyi bilinmemektedir. Dünya'da bulunan toz çalışmalarına dayanarak, ay tozuna maruz kalmanın hem akut hem de kronik maruziyetten kaynaklanan sağlık açısından daha büyük risklerle sonuçlanması bekleniyor. Bunun nedeni, Ay tozunun kimyasal olarak daha reaktif olması ve Dünya tozundan daha keskin tırtıklı kenarlardan oluşan daha geniş yüzey alanlarına sahip olmasıdır. Kimyasal reaktif partiküller akciğerlerde biriktiğinde solunum yolu hastalıklarına neden olabilirler. Toza uzun süre maruz kalmak, silikoza benzer daha ciddi bir solunum yolu hastalığına neden olabilir . Ay araştırması sırasında astronotların uzay giysileri ay tozuyla kirlenecek. Giysiler çıkarıldığında toz atmosfere salınacaktır. Maruz kalmayı azaltmak için kullanılan yöntemler arasında hava kilidinde yüksek hava devridaim oranlarının sağlanması, "Çift Kabuklu Uzay Giysisi" kullanımı, toz kalkanlarının kullanılması, yüksek dereceli manyetik ayırmanın kullanılması ve sinterleme için güneş akısının kullanılması yer alacaktır. ve regoliti eritin.
Mevcut kullanılabilirlik
Apollo astronotları, altı iniş alanından yaklaşık 360 kilogram (790 lb) ay kayası getirdi. Bu malzeme vakumlu şişelerde izole edilmiş olmasına rağmen, artık detaylı kimyasal veya mekanik analizler için kullanılamaz durumdadır - kumlu parçacıklar vakumlu şişelerin bıçak kenarlı indiyum contalarını bozmuştur; hava yavaş yavaş içeri sızdı. Ay'dan getirilen her numune Dünya'nın havası ve nemi ile kirlendi. Toz bir pas patina aldı ve karasal su ve oksijen molekülleri ile bağlanmanın bir sonucu olarak kimyasal reaktivitesi çoktan gitti. Kirin kimyasal ve elektrostatik özellikleri, gelecekteki astronotların Ay'da karşılaşacaklarıyla artık uyuşmuyor.
Ay tozuyla kirlenmiş maddeler nihayet 2014 yılında ABD hükümetinin astronotların sahip olduğu ve topladığı özel malzemelerin satışını onayladığı zaman halka açıldı. O zamandan beri, Ay'da 32 saatten fazla zaman geçirdikten sonra toplanan hakiki Ay tozu ile satışa sunulan yalnızca bir ürün üretildi. Charles "Pete" Conrad'ın Apollo 12 görevindeki uzay giysisinden bir parça olan 32 saat boyunca Ay'ın elementlerine maruz kalan bir bagaj kayışı, mülkü tarafından açık artırmada özel bir alıcıya satıldı. Neil Armstrong tarafından 1969'da toplanan ay toprağı 2017'de açık artırmaya çıkarıldı. Birçok mücevher ve saat üreticisi, ürünlerinin "Ay tozu" içerdiğini iddia etse de, ürünler yalnızca Ay'dan geldiğine inanılan göktaşlarının parçalarını veya tozlarını içerir. 11 Eylül 2020'de NASA , ticari tedarikçilerden satın almak için teklif çağrısında bulunarak ay toprağı için bir pazar oluşturmaya istekli olduğunu duyurdu.
Chang'e-5 Projesi
16 Aralık 2020'de Çin'in Chang'e 5 görevi, Ay'dan topladığı yaklaşık 2 kilogram kaya ve kirden oluşan bir kargo ile Dünya'ya döndü. Bu, 1976'dan beri Dünya'ya geri gelen ilk ay regolit örneğidir. Çin, bu tür malzemeleri Dünya'ya geri getiren dünyadaki üçüncü ülkedir.
Chang'e-5, Çin Ay Keşif Programının ilk aşamasının bir parçasıdır . Programın bu aşamasında hala 3 proje kaldı (2024'te Chang'e-6, 2023'te Chang'e-7 ve 2027'de Chang'e-8). Programın ikinci aşaması, Çinli astronotları 2030 ve 2039 yılları arasında Ay'a indirecek.