Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà khoa học đã tìm ra một cách mới để phân tích hóa học của đất mặt trăng bằng một hạt bụi do các phi hành gia Apollo 17 mang lại vào năm 1972. Kỹ thuật của họ có thể giúp chúng ta tìm hiểu thêm về các điều kiện trên bề mặt mặt trăng và hình thành các tài nguyên quý giá như nước và heli ở đó.
Quay trở lại năm 1972, NASA đã gửi đội phi hành gia cuối cùng của họ lên Mặt trăng trong sứ mệnh Apollo 17. Những phi hành gia này đã mang một số Mặt trăng trở lại Trái đất để các nhà khoa học có thể tiếp tục nghiên cứu đất mặt trăng trong phòng thí nghiệm của họ. Vì chúng ta đã không trở lại Mặt trăng trong gần 50 năm, mọi mẫu mặt trăng đều quý giá. Chúng ta cần làm cho họ tính cho các nhà nghiên cứu bây giờ và trong tương lai. Trong một nghiên cứu mới về Khoa học Khí tượng & Hành tinh , các nhà khoa học đã tìm ra một cách mới để phân tích hóa học của đất Mặt trăng bằng một hạt bụi. Kỹ thuật của họ có thể giúp chúng ta tìm hiểu thêm về các điều kiện trên bề mặt Mặt trăng và hình thành các nguồn tài nguyên quý giá như nước và helium ở đó.
“Chúng tôi đang phân tích đá từ không gian, nguyên tử theo nguyên tử”, Jennika Greer, tác giả đầu tiên của bài báo và nghiên cứu sinh tại Bảo tàng Field và Đại học Chicago, nói. “Đây là lần đầu tiên một mẫu mặt trăng được nghiên cứu như thế này. Chúng tôi đang sử dụng một kỹ thuật mà nhiều nhà địa chất thậm chí chưa từng nghe nói đến.
Philipp Heck, người phụ trách Bảo tàng Field, phó giáo sư tại Đại học Chicago và đồng tác giả của bài báo cho biết thêm: “Chúng tôi có thể áp dụng kỹ thuật này cho các mẫu mà chưa ai nghiên cứu. Bạn gần như được đảm bảo để tìm ra thứ gì đó mới hoặc bất ngờ. Kỹ thuật này có độ nhạy và độ phân giải cao như vậy, bạn tìm thấy những thứ bạn sẽ không tìm thấy và chỉ sử dụng một chút mẫu thử.”
Kỹ thuật này được gọi là chụp cắt lớp đầu dò nguyên tử (APT) và nó thường được sử dụng bởi các nhà khoa học vật liệu làm việc để cải thiện các quy trình công nghiệp như sản xuất thép và dây nano. Nhưng khả năng phân tích một lượng nhỏ vật liệu khiến nó trở thành một ứng cử viên tốt để nghiên cứu các mẫu mặt trăng. Mẫu Apollo 17 chứa 111 kilôgam (245 pound) đá và đất mặt trăng – sơ đồ lớn của mọi thứ, không phải là toàn bộ, vì vậy các nhà nghiên cứu phải sử dụng nó một cách khôn ngoan. Phân tích của Greer chỉ cần một hạt đất rộng bằng một sợi tóc người. Trong hạt nhỏ đó, cô xác định các sản phẩm của phong hóa không gian, sắt nguyên chất, nước và heli được hình thành thông qua các tương tác của đất mặt trăng với môi trường không gian. Trích xuất những tài nguyên quý giá này từ đất mặt trăng có thể giúp các phi hành gia trong tương lai duy trì các hoạt động của họ trên Mặt trăng.
Để nghiên cứu hạt nhỏ, Greer đã sử dụng một chùm nguyên tử tích điện tập trung để khắc một đầu cực nhỏ, siêu sắc vào bề mặt của nó. Mẹo này chỉ rộng vài trăm nguyên tử – để so sánh, một tờ giấy dày hàng trăm ngàn nguyên tử. “Chúng ta có thể sử dụng nanocarpentry,” Philipp Heck nói. “Giống như một thợ mộc định hình gỗ, chúng tôi làm điều đó ở cấp độ nano đến khoáng sản.”
Khi mẫu thử nằm trong đầu dò nguyên tử tại Đại học Tây Bắc, Greer đã bắn nó bằng tia laser để đánh bật từng nguyên tử. Khi các nguyên tử bay ra khỏi mẫu, chúng đập vào một tấm dò. Các nguyên tố nặng hơn như sắt mất nhiều thời gian hơn để tiếp cận máy dò hơn các nguyên tố nhẹ hơn như hydro. Bằng cách đo thời gian giữa lần bắn laser và nguyên tử tấn công máy dò, thiết bị có thể xác định loại nguyên tử tại vị trí đó và điện tích của nó. Cuối cùng, Greer đã xây dựng lại dữ liệu theo ba chiều, sử dụng một điểm được mã hóa màu cho mỗi nguyên tử và phân tử để tạo ra bản đồ 3D có kích thước nano của bụi Mặt trăng.
Đây là lần đầu tiên các nhà khoa học có thể nhìn thấy cả loại nguyên tử và vị trí chính xác của chúng trong một mảnh đất mặt trăng. Mặc dù APT là một kỹ thuật nổi tiếng trong khoa học vật liệu, trước đây chưa có ai từng thử sử dụng nó cho các mẫu mặt trăng. Greer và Heck khuyến khích các nhà vũ trụ học khác thử nó. “Thật tuyệt vời khi mô tả toàn diện khối lượng nhỏ các mẫu quý giá,” Greer nói. “Chúng tôi có những nhiệm vụ thực sự thú vị như Hayabusa2 và OSIRIS-REx sớm quay trở lại Trái đất – các tàu vũ trụ chưa được thu thập thu thập các mảnh thiên thạch nhỏ. Đây là một kỹ thuật chắc chắn nên được áp dụng cho những gì chúng mang về vì nó sử dụng rất ít vật liệu nhưng cung cấp rất nhiều nhiều thông tin.”
Nghiên cứu đất từ bề mặt của mặt trăng giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về một lực quan trọng trong Hệ Mặt trời của chúng ta: phong hóa không gian. Không gian là một môi trường khắc nghiệt với các thiên thạch nhỏ, các dòng hạt phát ra từ Mặt trời và bức xạ dưới dạng các tia mặt trời và vũ trụ. Trong khi bầu khí quyển của Trái đất bảo vệ chúng ta khỏi sự phong hóa không gian, các cơ thể khác như Mặt trăng và các tiểu hành tinh không có bầu khí quyển. Do đó, lớp đất trên bề mặt Mặt trăng đã trải qua những thay đổi do phong hóa không gian khiến nó khác biệt cơ bản với tảng đá mà phần còn lại của Mặt trăng được cấu tạo. Nó giống như một hình nón kem nhúng sô cô la: bề mặt bên ngoài không khớp với những gì bên trong. Với APT, các nhà khoa học có thể tìm kiếm sự khác biệt giữa các bề mặt bị phong hóa không gian và bụi bẩn mặt trăng không được phơi sáng theo cách mà không phương pháp nào có thể làm được.
Bởi vì nghiên cứu của Grey đã sử dụng đầu sợi nano, hạt bụi mặt trăng ban đầu của cô vẫn có sẵn cho các thí nghiệm trong tương lai. Điều này có nghĩa là các thế hệ nhà khoa học mới có thể đưa ra những khám phá và dự đoán mới từ cùng một mẫu quý giá. “Năm mươi năm trước, không ai lường trước được rằng ai đó sẽ phân tích một mẫu bằng kỹ thuật này và chỉ sử dụng một chút nhỏ của một hạt”, Heck nói. “Hàng ngàn hạt như vậy có thể nằm trên găng tay của một phi hành gia, và nó sẽ là nguyên liệu đủ cho một nghiên cứu lớn.”
Greer và Heck nhấn mạnh sự cần thiết của các nhiệm vụ nơi các phi hành gia mang các mẫu vật lý trở lại vì sự đa dạng của địa hình ngoài vũ trụ. “Nếu bạn chỉ phân tích phong hóa không gian từ một nơi trên Mặt trăng thì giống như chỉ phân tích thời tiết trên Trái đất trong một dãy núi,” Greer nói. Chúng ta cần phải đi đến những nơi và vật thể khác để hiểu thời tiết không gian giống như cách chúng ta cần kiểm tra những nơi khác nhau trên Trái đất như cát trong sa mạc và trũng trên các dãy núi trên Trái đất. “
Chúng ta chưa biết những gì ngạc nhiên chúng ta có thể tìm thấy từ thời tiết không gian. “Điều quan trọng là phải hiểu những vật liệu này trong phòng thí nghiệm để chúng tôi hiểu những gì chúng ta đang thấy khi nhìn qua kính viễn vọng”, Greer nói. “Vì những thứ như thế này, chúng tôi hiểu môi trường trên Mặt trăng như thế nào. Nó vượt xa những gì các phi hành gia có thể nói với chúng tôi khi họ đi trên Mặt trăng. Hạt nhỏ này bảo tồn hàng triệu năm lịch sử.
Kết quả từ nghiên cứu này đã thuyết phục NASA tài trợ cho Bảo tàng Field và nhóm nghiên cứu về phía Tây Bắc và Purdue trong ba năm tới để nghiên cứu các loại bụi mặt trăng khác nhau với APT để định lượng hàm lượng nước và nghiên cứu các khía cạnh khác của thời tiết không gian.
Tài trợ cho công việc này được cung cấp bởi Quỹ TAWani, Quỹ Khoa học Quốc gia, Văn phòng Nghiên cứu Hải quân, Đại học Tây Bắc và Ủy ban Tài trợ Học bổng và Khoa học của Bảo tàng Field.
Nguồn truyện:
Tài liệu được cung cấp bởi Field Museum . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.
Tạp chí tham khảo :