Oksigen di Bulan

Untuk mempelajari sejarah Bumi purba, kita harus melihat ke Bulan

Sebuah studi baru yang dilakukan oleh para ilmuwan Jepang menunjukkan bahwa selama 2,4 miliar tahun terakhir, bumi benar-benar “bermandikan” dalam aliran partikel oksigen yang keluar dari atmosfer bumi. Setelah mengumpulkan dan menganalisis data dari pengorbit bulan Kaguya dan memeriksa batuan bulan, para peneliti melaporkan apa saja yang berkontribusi terhadap komposisi unik unsur-unsur di permukaan bulan. Temuan ini mendukung teori bahwa angin matahari dapat membawa partikel yang berasal dari bumi hingga ke permukaan bulan. Bumi terus-menerus dibombardir oleh aliran partikel bermuatan yang dipancarkan Matahari, yang disebut "". Fenomena ini juga menjadi penyebab terjadinya aurora yang terlihat di Bumi di garis lintang utara. Medan magnet bumi merupakan sejenis gelembung yang melindungi permukaan planet dari partikel bermuatan tersebut. Saat Bumi berada di antara Bulan dan Bulan, Bulan terlindung dari angin matahari untuk sementara waktu medan magnet Bumi. Selama waktu ini, partikel yang keluar dari lapisan atas atmosfer bumi mungkin akan berakhir di Bulan. Dan tetap berada di lapisan permukaan tanah bulan. Setelah terakumulasi di dalam tanah selama jutaan tahun, partikel-partikel ini dapat memberi tahu para peneliti bagaimana atmosfer planet kita telah berubah.

Studi sebelumnya

Batuan bulan memungkinkan untuk mendeteksi jejak nitrogen, oksigen, dan gas mulia di dalamnya, yang memiliki komposisi isotop yang sama dengan yang ditemukan. Namun, tidak jelas apakah mereka benar-benar sampai ke Bulan dari Bumi. Untuk memperoleh informasi tentang proses tersebut, peneliti menggunakan instrumen yang ada di kapal Kaguya. Hal ini dilakukan untuk mengidentifikasi partikel yang menghantam Bulan dalam waktu singkat ketika ia “bersembunyi” di balik Bumi dan terlindung dari angin matahari. Ion oksigen yang datang saat ini terlihat sangat berbeda dengan yang berasal dari Matahari. Dan karena Bumi pada saat itu berada di antara Bulan dan Matahari, ini menunjukkan bahwa mereka berasal dari planet kita.
Komposisi oksigen bumi unik karena merupakan hasil dari proses biologis, yang analoginya di Alam Semesta belum kita ketahui. Jika molekul oksigen bulan tidak muncul begitu saja, kita mungkin bisa menggunakan pengetahuan ini. Kita dapat menganalisis tanah bulan dan melihat sejarahnya atmosfer bumi- sampai oksigen pertama kali muncul di Bumi dalam keadaan bebas. Dan ini terjadi sekitar 2,4 miliar tahun yang lalu. Hal ini berpotensi memberi kita wawasan tentang perkembangan kehidupan biologis, bagaimana ia berevolusi dan menyebar ke seluruh planet kita.
Kedepannya, rencananya akan dilakukan penelitian lebih lanjut dengan tanah bulan untuk mengetahui secara pasti unsur apa saja yang berasal dari Bumi. Jika kita berhasil membedakan antara partikel terestrial di permukaan Bulan dan partikel yang dibawa dari Matahari, hal ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengintip ke masa lalu dan melihat atmosfer. bumi awal. Bagaimanapun, ini sangat berbeda dengan yang kita jalani sekarang.

Para astronom telah lama mengetahui bahwa oksigen ada di Bulan. Namun, baru belakangan ini pesawat ruang angkasa dari Jepang sempat mengkonfirmasi dugaan para ilmuwan dengan menemukan unsur ini, namun ini bukanlah hal yang utama. Ternyata oksigen bulan memiliki sifat yang mirip dengan oksigen terestrial. Penemuan ini terjadi berkat penyelidikan SELENE, dan penulisnya adalah ketua kelompok penelitian, Kentaro Tedara, mewakili Universitas Osaka. Informasi rinci tentang pekerjaan yang dilakukan dan hasilnya baru-baru ini dipublikasikan di jurnal Nature Astronomy.

Dari mana asal oksigen terestrial di Bulan?

Para ilmuwan mengatakan bahwa informasi baru akan memungkinkan kita mempelajari lebih detail pertanyaan tentang pembentukan bumi miliaran tahun yang lalu. Selain itu, para peneliti berharap dapat memperoleh lebih banyak data tentang keadaan atmosfer planet kita pada zaman dahulu kala.

Setiap bulan, selama hampir lima hari, permukaan bulan terlindung dari angin matahari oleh magnetosfer bumi. Menurut beberapa astronom, ion oksigen mungkin saja mencapai satelit planet kita dalam salah satu periode waktu tersebut. Setelah itu mereka tetap berada di lapisan atas tanah bulan dan batuannya. Selama ribuan tahun, aktivitas geologi di Bumi telah menghancurkan semua bukti atmosfer planet pada zaman kuno. Ion oksigen yang ditemukan di tanah bulan mungkin tidak tersentuh selama miliaran tahun oleh partikel atmosfer kuno planet kita. Dengan mengumpulkan sampel unsur ini, para ilmuwan akan mencoba menjawab pertanyaan tentang perubahan atmosfer bumi dari waktu ke waktu, serta bagaimana proses ini mungkin memengaruhi perubahan dan perkembangan berbagai bentuk kehidupan.

Mempelajari ion oksigen bulan tidak hanya memberi tahu kita tentang sejarah Bumi. Ada kemungkinan bahwa partikel dapat memainkan peran penting dalam proses mempersiapkan umat manusia untuk menjelajahi planet lain. Tidak ada pembicaraan tentang kolonisasi ruang angkasa tanpa oksigen yang diperlukan untuk kehidupan manusia. Dan fakta bahwa ia ditemukan tepat di Bulan yang paling dekat dengan kita, mungkin bisa menjadi faktor penentu dalam mengorganisir misi kolonial dalam waktu dekat.

Bulan bisa menjadi rumah baru bagi penduduk bumi

Adapun rencana Jepang, negara tersebut sudah mengumumkan rencana pengiriman astronotnya ke Bulan. Peristiwa ini seharusnya terjadi mendekati tahun 2030. Sebelumnya, beberapa ahli dan pengusaha menyebut umat manusia mampu membangun koloni permanen di permukaan bulan. Selain Jepang, pihak berwenang UEA juga angkat bicara mengenai rencana membangun koloni di satelit tersebut. Dengan satu atau lain cara, banyak ilmuwan modern setuju bahwa langkah selanjutnya dalam penjelajahan manusia di luar angkasa adalah kolonisasi Bulan. Sangat mungkin di masa mendatang kita akan dapat mengetahui apakah Bulan akan menjadi rumah luar angkasa pertama bagi manusia.

Pada Selasa, 31 Januari, diketahui bahwa ilmuwan Jepang diduga menemukan jejak oksigen terestrial di Bulan. Penemuan ini dilakukan oleh wahana Jepang di orbit bulan. Rupanya, oksigen dibawa dari Bumi melalui angin matahari, yang membawa sejumlah besar ion dari atmosfer kita, yang kemudian menetap di permukaan bulan. Kami berbicara dengan kepala departemen penelitian bulan dan planet di SAI Universitas Negeri Moskow di Bulan tentang apa artinya ini dan prospek lain apa yang terbuka dari satelit alami bagi kita.

Apakah ada oksigen?

Para astronom menganalisis data yang diperoleh wahana Kaguya, yang berada di orbit bulan dari tahun 2007 hingga 2009, setelah itu jatuh ke permukaan Bulan. Namun, kecelakaan itu tidak menghalangi wahana untuk mengumpulkan data - akibatnya, para ilmuwan sepakat bahwa di permukaan satelit bumi terdapat lapisan tipis oksigen terestrial, yang dibawa ke Bulan oleh angin matahari.

Vladislav Shevchenko adalah peneliti terkenal di bidang studi bulan, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, Presiden Asosiasi Internasional Ilmu Planet dan Peneliti Terhormat di Universitas Moskow. Dia menilai positif penemuan baru ini, tetapi percaya bahwa tidak semuanya sesederhana itu dan diperlukan penelitian yang lebih akurat untuk mengecualikan deformasi sampel selama transportasi ke Bumi.

“Bulan adalah milik tubuh tata surya tanpa lapisan pelindung. Benda-benda seperti itu terus-menerus terkena jatuhnya meteorit dengan massa berbeda, sehingga lapisan permukaan - regalit - hancur dan tampak seperti pasir. Sejauh ini saya belum melihat bukti ilmiah yang menunjukkan adanya ion yang terikat pada Bumi komposisi kimia lapisan ini. Tampaknya diperlukan eksperimen yang lebih halus untuk mendeteksinya. Sampel yang dibawa ke bumi tidak selalu dalam kondisi murni. Dampak mekanis apa pun yang lemah dapat merusak hasil - terutama jika yang sedang kita bicarakan tentang ion, dan penelitian dilakukan pada tingkat molekuler. Penelitian di laboratorium bumi tentu saja bisa memberikan hasil yang lebih akurat, namun karena adanya pergerakan, tidak bisa dijamin hasilnya 100 persen,” ujarnya.

Bulan tidak diketahui

Meskipun Bulan terlihat secara harfiah, kita tidak tahu segalanya tentangnya, Vladislav Shevchenko yakin. Penelitian modern“satelit dingin” bisa menjadi kunci untuk mengungkap sejarah tidak hanya planet kita, tapi seluruh tata surya.

“Studi tentang proses evolusi yang terjadi di sistem Bumi-Bulan penting untuk memahami asal usul Tata Surya, karena sampai batas tertentu proses tersebut dapat diproyeksikan ke masa lalu. Namun, mereka juga dapat menjawab pertanyaan tentang evolusi modern benda-benda kosmik,” kata peneliti.

Saat ini, para astronom memiliki beberapa hipotesis mengenai masalah ini. Beberapa waktu lalu, teori yang populer menyebutkan bahwa Bulan terbentuk akibat tumbukan suatu benda tubuh kosmik dengan Bumi. Terjadi ejeksi yang masuk ke orbit rendah Bumi, yang menyebabkan terbentuknya satelit. Kemudian muncul informasi bahwa usia beberapa sampel di permukaan bulan melebihi 4,5 miliar tahun - ini bertepatan dengan perkiraan usia Tata Surya. Hipotesis Eric Mikhailovich Galimov, direktur Institut Penelitian Geokimia dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, mengemuka. Diasumsikan bahwa Bumi dan Bulan terbentuk secara bersamaan dari awan ladang gas.

Mengapa kita membutuhkan Bulan?

Dalam Program Luar Angkasa Federal 2016−2025, untuk pertama kalinya dalam daftar tugas yang diberikan kepada para ilmuwan, “pengembangan Bulan” disebutkan. Hal ini melibatkan penggunaan teknologi baru dan melakukan eksperimen baru secara fundamental, kata Vladislav Shevchenko. Masih belum mungkin untuk berspekulasi apa hasil yang akan dihasilkan dari hal ini: fenomena yang sebelumnya tidak diketahui dapat ditemukan kapan saja, yang sekali lagi akan menimbulkan sejumlah pertanyaan yang tidak begitu jelas bagi sains.

Saat menjawab pertanyaan tentang bagaimana Bulan dan informasi ilmiah tentangnya dapat berguna di luar bidang ilmiah, biasanya mereka berbicara tentang masalah terapan, seperti ekstraksi bahan langka. Selama bertahun-tahun, Vladislav Shevchenko dalam pidatonya telah menjelaskan dengan tepat bagaimana satelit bumi dapat berfungsi untuk mengisi kembali cadangan bumi.

“Peradaban kita telah mencapai tingkat perkembangan ketika teknologi tinggi menguasai segalanya nilai yang lebih tinggi. Misalnya, banyak bagian dalam ponsel yang sebagian terbuat dari bahan tanah jarang. Di Bumi, menurut para ahli, simpanan bijih pada tingkat produksi saat ini akan bertahan sekitar 20-30 tahun. Logam semacam itu banyak ditemukan di asteroid yang jatuh di Bulan dan tersedia di permukaannya,” kata Shevchenko.

Strategi ini juga terkonfirmasi dalam perhitungan ekonomi. Satu kilogram bahan langka iridium memiliki nilai pasar sekitar 32 ribu dolar. Pengiriman iridium dari Bulan tidak hanya akan membiayai transportasi, tetapi juga menutupi biaya persiapan awal, sehingga membuka prospek keuntungan yang baik bagi kawasan industri.

Baru-baru ini, NASA untuk pertama kalinya memberikan izin kepada perusahaan swasta, Moon Express, untuk melakukan penerbangan mandiri ke Bulan guna mengembangkan sumber dayanya. Otoritas pemerintah bahkan mengumumkan bahwa kewajiban pajak akan dihapuskan dari perusahaan ini untuk jangka waktu tertentu. Dengan demikian, “perlombaan bulan” baru saja dimulai, dan mungkin kita akan segera dapat mengamati favorit pertamanya. Sementara itu, kita hanya bisa menatap langit dengan penuh harapan dan menunggu Bulan akhirnya dikuasai oleh penduduk bumi.

Produser: Maxim Barabanov

Tanggal 18 Agustus menandai 37 tahun sejak pendaratan stasiun Soviet Luna-24 di permukaan bulan, yang mengirimkan sampel tanah bulan ke Bumi. Penelitian tersebut membuktikan adanya air di dalam tanah. Kami memutuskan untuk mengingat 5 misteri Bulan yang terpecahkan.

Apakah ada kehidupan di luar bumi di Bulan?
Pada tahun 1978, peneliti Soviet dalam jurnal Geochemistry pertama kali menyebutkan penemuan air di tanah bulan. Fakta ini diketahui sebagai hasil analisis sampel yang dikirimkan oleh wahana Luna-24. Persentase air yang ditemukan dalam sampel adalah 0,1. Zat ini bertahan di Bulan selama kurang lebih 4 miliar tahun. Banyak ilmuwan menyatakan bahwa rumus air “bulan” adalah H 2 O. Yang lain percaya bahwa rumusnya telah diubah. Satu hal yang telah terbukti secara pasti: ia berbentuk cair. Yang paling penting adalah ditemukannya bentuk kehidupan luar bumi di dalam air.

Apakah ada oksigen di Bulan?
Pada Kongres Masyarakat Internasional Kimia Murni dan Terapan, para ilmuwan dari Universitas Cambridge mempresentasikan hasil studi tentang tanah bulan di mana mereka menemukan oksigen. Kandungan oksigen di tanah bulan sangat tinggi, lebih dari 45%. Para ilmuwan mencatat bahwa jika pemukiman kecil dibangun di Bulan, hanya tiga generator setinggi sekitar satu meter yang masing-masing akan mampu menyediakan satu ton oksigen bagi penduduk per tahun. Pada tahun 2005, NASA bahkan mengadakan kompetisi untuk mengembangkan teknologi memompa oksigen dari tanah bulan - dibutuhkan minimal 5 kg dalam 8 jam.

Unsur kimia apa yang terkandung dalam tanah Bulan?
Seperti yang ditunjukkan oleh hasil studi tentang tanah bulan, tanah tersebut mengandung semua unsur dan zat kimia yang diperlukan untuk menjamin kehidupan manusia dan produksi bahan-bahan berharga - lebih dari 70 unsur kimia dan isotop. Ini adalah: silikon, titanium, aluminium, besi, magnesium, thorium, uranium, zirkonium. Vanadium, niobium, kobalt, tembaga, rubidium, karbon, dan perak ditemukan dalam jumlah yang lebih kecil. Para ilmuwan berpendapat bahwa lava vulkanik pernah berkunjung ke sini, yang meninggalkan banyak elemen berguna.

Berapa umur tanah Bulan?
Usia tanah bulan menimbulkan banyak kontroversi. Beberapa ilmuwan bersikeras pada angka 3 miliar tahun, yang lain - 4,6 miliar. Sebagian besar masih sepakat pada satu hal: tanah bulan terpelihara dengan sempurna. Lapisan atasnya, yang telah berada di Bulan selama beberapa miliar tahun, belum terkena pengaruh luar angkasa sejak pembentukan Bulan. Artinya, tanah tersebut dapat digunakan untuk mempelajari pembentukan Bulan dan menyimpulkan bahwa usianya memang setidaknya 3 miliar tahun.

Mungkinkah Bulan terbentuk dari material super kuat?
Para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa dasar tanah bulan adalah ilmenit. Mineral yang relatif langka ini dibedakan dari kandungan titaniumnya yang tinggi. Bahan super kuat ini digunakan di Bumi untuk pembangunan kapal selam. Ilmenite juga non-magnetik. Beberapa ilmuwan percaya bahwa permukaan bulan hampir seluruhnya terbentuk oleh campuran dengan adanya ilmenit.

Mengirimkan oksigen ke Bulan terlalu merepotkan dan mahal

Tanah lokal, regolith, dapat berfungsi sebagai sumber oksigen untuk tempat tinggal permanen di masa depan

Apapun rencana kami untuk pengembangan Bulan - menggunakannya untuk penambangan sumber daya yang berguna, sebagai basis ilmiah, sebagai platform perantara untuk peluncuran ke objek yang lebih jauh - penghuni pangkalan bulan di masa depan membutuhkan udara untuk bernafas.

Namun, mengirimkan oksigen dalam jumlah yang dibutuhkan ke sana (yang mungkin diperlukan sebagai komponen bahan bakar roket) terlalu merepotkan dan mahal. Menurut para ahli, pengiriman satu kilogram ke Bulan membutuhkan biaya 100 ribu dolar. Tidak mengherankan jika para ilmuwan mencari semua cara yang mungkin untuk memastikan bahwa pangkalan tersebut dapat menghasilkan hasil maksimal yang diperlukan saat itu juga - kami menulis tentang proyek dan rencana ini di artikel “Arsitektur Bulan”.

Pencarian teknologi untuk mengekstraksi oksigen dari batuan bulan (regolith) telah berlangsung selama beberapa tahun. Pada tahun 2005, NASA mengumumkan hadiah $250.000 bagi tim yang dapat menemukan cara mengekstrak setidaknya 5 kg oksigen dari simulasi tanah bulan dalam 8 jam. Tidak ada pemenang, dan beberapa tahun kemudian jumlah hadiah meningkat menjadi $1 juta - namun tetap saja tidak ada yang mampu memecahkan masalah tersebut.

Baru-baru ini ahli kimia Cambridge Derek Fray dan rekan-rekannya melaporkan bahwa mereka memiliki solusi potensial berdasarkan proses elektrokimia yang dibuat oleh kelompok yang sama pada tahun 2000 untuk menghasilkan logam murni dan paduan dari oksida. Oksida logam, yang banyak ditemukan di regolit, digunakan sebagai katoda, dan karbon berperan sebagai anoda. Kedua elektroda direndam dalam cairan elektrolit (kalsium klorida, yang menjadi cair pada suhu sekitar 800°C).

Arus yang mengalir melalui sistem menghilangkan atom oksigen dari molekul oksida dan memindahkannya ke dalam larutan. Memiliki muatan negatif, di sini mereka berpindah ke anoda positif dan melepaskan kelebihan elektron, bereaksi dengan karbon dan melepaskan karbon dioksida (karbon dioksida). Tentu saja, dalam hal ini anoda secara bertahap terdegradasi, tetapi logam murni tetap berada di katoda.

Tugas Frey dan kelompoknya adalah mempelajari cara menghasilkan bukan karbon dioksida di anoda, tetapi oksigen murni. Untuk melakukan ini, mereka memutuskan untuk menggunakan elektroda yang tidak terbuat dari karbon, tetapi dari zat yang lebih lembam - kalsium titanat. Dengan sendirinya, ini adalah konduktor listrik yang agak buruk, tetapi jika Anda menambahkan sedikit kalsium ruthenate ke dalamnya, masalah ini akan teratasi. Campuran ini memungkinkan para ilmuwan memperoleh bahan anoda yang menghantarkan arus dengan baik dan umumnya tidak rentan terhadap erosi bila digunakan dalam proses elektrolisis. Setelah percobaan di mana reaksi berlangsung terus menerus selama 150 jam, mereka menghitung bahwa anoda, bahkan dengan operasi terus menerus, akan “menurunkan berat badan” beberapa sentimeter per tahun.

Dalam percobaannya, para ilmuwan menggunakan simulasi regolith JSC-1, yang dibuat dan diproduksi atas perintah NASA. Dan mereka memperkirakan bahwa tiga “reaktor” elektrokimia (masing-masing tingginya sekitar satu meter) akan mampu menghasilkan satu ton oksigen per tahun dari reaktor tersebut. Pada saat yang sama, dibutuhkan 3 ton regolith untuk mendapatkan gas sebanyak itu - hampir 100% oksigen yang terkandung di dalamnya berubah menjadi gas.

Jangan mengira bahwa memanaskan larutan dan mengoperasikan peralatan akan membutuhkan cadangan energi yang besar. Jika isolasi termal yang efektif digunakan, ketiga reaktor hanya memerlukan 4,5 kW, yang dapat dengan mudah disediakan oleh reaktor yang terpasang di sana. panel surya, belum lagi reaktor mini nuklir yang menurut beberapa rencana juga akan dipasang di Bulan.

Derek Frey menyatakan bahwa dengan dana yang diperlukan (ilmuwan menyebutkan angka $16,5 juta), dia siap untuk merakit prototipe lengkap perangkat yang dikendalikan dari jarak jauh.