Araştırmacılar kutup soğuk tuzaklarındaki ay uçucularını araştırıyor, örnekliyor ve yorumluyor

Ayın hem Güney hem de Kuzey Kutbu var ama bunlar ne kadar soğuk? Bağlamda, Antarktika’nın kıyı sıcaklıklarının ortalama -10°C (14°F) civarında olduğu, iç kesimlerin ise -76°F (-60°C)’ye düştüğünü ve bu durumun Dünya’nın Güney Kutbu’nu gezegendeki en soğuk yerlerden biri haline getirdiğini söyleyebiliriz. Son araştırmalar, Ay’ın Güney Kutbu’nun daha da aşırı sıcaklık dalgalanmaları ve donma koşulları yaşadığını gösteriyor.

New Mexico Üniversitesi’nin yeni araştırması, aydaki kutup soğuk sıcaklıklarındaki ay uçucularının araştırılmasını, örneklenmesini ve yorumlanmasını gözler önüne seriyor. Araştırma ekibi ayın yüzeyine baktı ve sıcaklığı 25 ila 50 derece Kelvin veya -400°F olan, kalıcı olarak gölgelenen bölgeleri analiz etti. Bu gölgeli bölgelerde su, karbondioksit ve diğer elementler gibi uçucu maddeleri yakalayan ve koruyan soğuk tuzaklar vardır.

Araştırma şuydu: yayınlandı içinde Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. Meteoritik Enstitüsü’nde (IOM) araştırma bilimcisi ve UNM Dünya ve Gezegen Bilimleri Bölümü’nde (EPS) araştırma profesörü olan Charles Shearer, makalenin ortak yazarı olan UNM’den Zachary Sharp ile birlikte baş yazardı. Ay ve Gezegen Enstitüsü’nden (LPI) Julie Stopar.

Shearer, “Ay yüzeyinde ve ötesinde insan faaliyetleri için kullanılabilecek potansiyel kaynaklar var” dedi. “Hepimizin suya ihtiyacı var. Aynı zamanda insanların nefes alması için oksijen de sağlayabilir ve malzemelerin bazıları, insanları ay yüzeyinde taşımak veya ayın ötesine gitmek için yakıt olarak kullanılabilir.”

Bu araştırmanın NASA’nın Artemis misyonunun insanları aya geri döndürmesi üzerinde etkileri var. Kasım 2022’de fırlatılan Artemis I, insansız bir uzay aracı taşıyarak ayın yanından geçti, yörüngesinde döndü ve ardından Dünya’ya geri döndü.

Artemis II de benzer bir rota izlemeyi planlıyor; bu kez gemide insanlar var, ayın yörüngesinde dönüp Dünya’ya güvenli bir şekilde dönüyorlar. Artemis III, Apollo 17’den bu yana Ay’ın Güney Kutbu’na inerek yüzeyini keşfedecek, örnekler toplayacak ve Dünya’ya dönecek olan ilk mürettebatlı görev olacak.

Ay ve Gezegen Enstitüsü’nden Stopper, yörünge verilerine baktı ve kararlılık alanları açısından kalıcı olarak gölgede kalan bölgeler hakkında bilgi verdi. Uçucu maddeler ve sıcaklık aralıkları açısından neler olabileceğine baktı ve bulundukları yerlerde kalıcı olarak gölgede kalan bölgeleri gösterdi.

UNM’deki Kararlı İzotoplar Merkezi’nin (CSI) yöneticisi Sharp, hidrojen, oksijen ve bu uçucu maddelerin nereden geldiğini belirleyebilen ve bunun bir baskısını sağlayabilen çok çeşitli diğer elementlerin kararlı izotopları konusunda uzmandır.

Sharp, “Kalıcı olarak gölgede kalan güney bölgesine hiçbir insan gitmedi, dolayısıyla orada gerçekte ne olduğunu henüz bilmiyoruz” dedi. “İyi fikirlerimiz var ama detaylı olarak su, CO miktarlarını bilmiyoruz₂diğer gazlar, metan veya kükürt. Sadece tam olarak bilinmiyor.”

Bu Artemis misyonu, örnekleri kapalı kaplarda alacak ve daha ayrıntılı analiz için bunları Dünya’ya gönderecek. İlk Artemis görevleri sırasında numuneler, Ay’ın soğuk tuzaklarının aşırı soğuğundan daha yüksek sıcaklıklarda tutulacak. Bu çalışmada ele alınan sorular, bu örneklerden hangi bilgilerin elde edilebileceğine ve aynı derecede önemli olan, bunların bir dereceye kadar ısınmasına izin verildiğinde hangi bilgilerin kaybedileceğine odaklanmaktadır.

Ayın bu özel bölgesinden numune almanın bile ana zorluklarından biri aşırı sıcaklıktır. Ay’ın güney kutbunun kalıcı olarak gölgede kalan bölgeleri -423°F sıcaklığa ulaşabilir ve insanların keşfetmesini oldukça zorlaştırabilir.

Bu örneklerin Ay’ın güney kutbundaki aşırı soğuktan daha yüksek sıcaklıklarda Dünya’ya geri getirilmesi, bu elementlerin katılardan sıvı veya gazlara dönüşmesine neden olacak ve bu da önemli bilgi ve verilerin kaybına yol açabilecek.

“Çalışmamızın ana çabalarından biri, bu numuneleri farklı sıcaklıklarda (süper soğuk, soğuk ve oda sıcaklığı) nasıl iade edeceğimizi ve bu farklı saklama koşulları için hangi bilgilerin kaybolacağını ve hangi saklama koşullarının ortaya çıkacağını söylemekti. Sharp, “Ay’a en yakın koşullar” dedi.

Shearer ve Sharp, hangi bilgilerin kaybolabileceğini araştırmak için farklı sıcaklık aralıklarına sahip farklı senaryoları değerlendirebildiler. Araştırmaları aynı zamanda bu örneklerin ayda nasıl olduklarını temsil edecek şekilde nasıl toplanacaklarına dair adım adım fikirler de sağladı.

Bu numunelerin toplanmasındaki bir diğer zorluk da, gazlar kapatıldığında buharlaşıp son derece yüksek basınçlara ulaşarak insanların taşınması için potansiyel olarak toksik hale gelebilmesidir. Ayrıca uygun porsiyon boyutunun da belirlenmesi gerekmektedir.

“Bölümlerin olması gerekiyor. Aya, Mars’a gitmek ya da kuyruklu yıldızlardan örnekleme yapmak olsun, bu uçucu maddeleri örnek almak ve korumak için uygun mühendisliğe ve uygun araçlara sahip olmanız gerekir. Ve bunları doğru şekilde korumazsanız kaybedersiniz bilgi” dedi Shearer.

Bu araştırma, bilim ekiplerinin gelecekteki görevler için ele alması gereken temel soruları sundu.

NASA, mühendislikten bilimselliğe kadar çeşitli nedenlerle Güney Kutbu bölgesini vurgulamaya karar verdi. Bunun bir nedeni, insanların hiçbir zaman bu tür bir araziye gitmemiş olmasıdır. Aydaki Güney Kutbu, aydaki en eski kabuklardan bazılarının yanı sıra güneş sistemindeki en büyük çarpışma havzalarından birinin yanı sıra gölgeli bölgeleri de içeriyor.

Shearer, “Bu çarpma olayından elde edilen bu materyallerin iade edilmesi ve bunların tarihlendirilmesi, bize Dünya da dahil olmak üzere iç güneş sisteminin çarpma geçmişi hakkında bilgi verecektir” dedi. “Ayrıca bize Jüpiter ve Satürn gibi güneş sistemindeki bazı büyük gezegenlerin göçü ve hareketi hakkında da biraz bilgi verebilir.”

Sharp, daha önce hiç açılmamış olan Apollo 17 misyonundaki gazları analiz eden ilk kişiydi. Bu, New Mexico Üniversitesi’ni 2022’de bu gazları analiz eden ilk üniversite yaptı.

New Mexico Üniversitesi, farklı departmanlar (EPS, Meteoritik Enstitüsü vb.) aracılığıyla çalışarak bu araştırma söz konusu olduğunda kusursuz bir girişim yaratmıştır. Üniversite, bu tür materyalleri analiz etmek için yüksek teknolojiyle donatılmıştır. Sharp, üniversitenin gelişmiş bir transmisyon elektron mikroskobu, stabil bir izotop laboratuvarı, radyojenik izotop laboratuvarları, X-ışını kırınımı, X-ışını Bilgisayarlı Tomografi (XCT) ve daha fazlasına yatırım yaptığını açıkladı.

Shearer, “Burada gezegen malzemelerine odaklanan küçük bir grubumuz var, ancak uzay araştırmalarını ve altyapısını gerçekten tanımlamak için biyoloji, mühendislik, fizik ve astronomiye ve kampüsteki diğer birçok bölüme ulaşıyoruz” dedi.

Shearer ayrıca New Mexico’nun uzay yolculuğu yapan bir eyalet olduğunu ve büyüyen bir uzay araştırma altyapısına sahip olduğunu belirtti. Spaceport America, Very Large Array ve çeşitli Ulusal Laboratuvarlar harika örneklerdir. Ayrıca hepsi New Mexico’da uzay teknolojisine yatırım yapan çok sayıda özel sektör şirketi var.

Shearer, “Ay-Dünya sisteminin uzay ekonomisini geliştirmek için şu anda milyarlarca dolar yatırım yapılıyor. Yeni Meksikalılar için uzay ekonomisine değişen derecelerde dahil olmak son derece değerli” dedi. “Bunun amacı aynı zamanda özel sektöre ve ulusal laboratuvarlara ulaşarak onları dahil etmek ve New Mexico uzay ekonomisinin geliştirilmesine yardımcı olmaktır.

“UNM, Sürdürülebilir Uzay Araştırması Büyük Mücadelesi aracılığıyla bu faaliyetleri desteklemiştir. Ayrıca NASA, UNM kampüsündeki araştırma programlarımızın çoğunu desteklemiştir.”

Sharp, “Bu araştırma bizi zemin kata koyuyor ve bazı temel soruları ele alıyoruz” dedi.

Sonuçta amaç, numunelerin geri gönderilmesi ve verilerin analiz edilmesi ve yorumlanması için önde gelen laboratuvarlara tahsis edilmesidir.

Sharp, “Yayında, Artemis misyonundan dönmesini beklediğimiz uçucu türlerden ve ay hakkında mümkün olan en fazla bilgiyi elde etmek için bunları nasıl örnekleyebileceğimizden bahsediyoruz” dedi.

LPI, ayın yörüngesindeki uydulardan alınan fotoğraf görüntülerine bakıyor ve tüm bölgenin sıcaklık profillerinin haritalarını çıkarıyor. Bu göstergeler ayın haritasını çıkarmaya yardımcı olsa da Shearer ve Sharp, daha sonraki görevlerin orada gerçekte ne olduğunu doğrulayacağı sonucuna varıyor.

“Uzay araştırmalarının henüz çok erken aşamasındayız ve henüz orada ne olduğunu tam olarak bilmiyoruz. Ne kadar tehlikeli olduğunu, ne kadar soğuk olduğunu veya ne bulacağımızı bilmiyoruz. Her görevde Sharp, Ay’ın keşfinde ilerledikçe görevlerin daha karmaşık hale gelmesini sağlayacak yeni bilgiler verecek” dedi.