Tanah bulan
Tanah Bulan adalah pecahan halus regolith yang ditemukan di permukaan Bulan. Sifat-sifatnya dapat berbeda secara signifikan dari tanah terestrial di Bumi. Sifat fisik tanah bulan terutama disebabkan oleh disintegrasi mekanis batuan basaltik dan anorthositic, yang disebabkan oleh dampak meteorik dan bombardir oleh partikel atom antar bintang yang bermuatan selama bertahun-tahun. Proses ini sebagian besar merupakan salah satu pelapukan mekanis dimana partikel-partikel tersebut berubah menjadi tanah yang lebih halus, dan lebih halus dari waktu ke waktu. Situasi ini bertentangan secara mendasar dengan pembentukan tanah di Bumi, yang dimediasi oleh adanya molekul oksigen (O), kelembapan, angin atmosfir, dan serangkaian proses biologis yang berkontribusi. Beberapa orang berpendapat bahwa istilah "tanah" tidak tepat untuk digunakan pada Bulan karena di Bumi, tanah didefinisikan memiliki kandungan organik, sedangkan Bulan tidak memiliki kandungan organik. Biarpun demikian, penggunaan standar di kalangan ilmuwan yang meneliti bulan mengabaikan perbedaan tersebut.
Istilah tanah bulan sering digunakan secara bergantian dengan regolith bulan tetapi biasanya hanya mengacu pada fraksi regolit lebih halus yang tersusun dari butiran berdiameter satu sentimeter atau kurang. Debu bulan umumnya digunakan untuk menyebut material yang lebih halus daripada tanah bulan. Tidak ada definisi resmi tentang ukuran pecahan yang merupakan "debu"; ada yang membatasi sebagai butiran berdiameter kurang dari 50 mikrometer atau kurang dari 10 mikrometer.
Proses utama yang terlibat dalam pembentukan tanah bulan adalah:
Proses ini tidak hanya membentuk tanah bulan, namun juga terus mengubah sifat fisik dan optik tanah dari waktu ke waktu; Proses ini dikenal sebagai pelapukan ruang.
Selain itu, pancuran api, yaitu lava vulkanik yang terlontar dan mendingin menjadi manik-manik kaca kecil sebelum jatuh kembali ke permukaan, dapat membuat deposit kecil yang cukup signifikan di beberapa lokasi, seperti tanah oranye yang ditemukan di Kawah Shorty, Taurus-Littrow oleh Apollo 17, dan kaca hijau yang ditemukan di Hadley-Apennine oleh Apollo 15. Simpanan manik-manik vulkanik juga dianggap sebagai asal dari "Dark Mantle Deposits" (DMD) di lokasi lain di sekitar Bulan.
Tanah Bulan terdiri dari berbagai jenis partikel termasuk fragmen batuan, fragmen mono-mineralik, dan berbagai jenis kaca termasuk partikel aglutinasi dan bongkahan-bongkahan kecil hasil aktivitas vulkanik. Aglutinat yang terbentuk di permukaan bulan oleh dampak mikrometeorit menyebabkan pelelehan skala kecil yang menyatukan bahan yang berdekatan bersama-sama dengan bintik kecil besi logam (Fe) yang tersematkan di setiap kepingan kaca partikel debu.
Seiring waktu, material tercampur baik secara vertikal maupun horizontal (proses yang dikenal sebagai "berkebun") oleh proses benturan. Biarpun demikian, kontribusi penyebaran material dari jarak jauh relatif kecil, sehingga komposisi tanah pada suatu lokasi sebagian besar mencerminkan komposisi batuan dasar lokal.
Ada dua perbedaan mendalam dalam kimia regolith bulan dan tanah dari Bumi. Yang pertama adalah bulan sangat kering. Akibatnya, mineral dengan air sebagai bagian dari strukturnya seperti tanah liat, mika, dan amphiboles sama sekali tidak ada di Bulan. Perbedaan kedua adalah bahwa regolith dan kerak bulan tereduksi secara kimia, dan bukannya teroksidasi secara signifikan seperti kerak bumi. Dalam kasus regolith, ini sebagian disebabkan oleh tumbukan konstan permukaan bulan dengan proton (yaitu inti hidrogen (H)) dari angin matahari. Salah satu konsekuensinya adalah bahwa besi di Bulan ditemukan di dalam keadaan logam teroksidasi 0 dan +2 , sedangkan pada besi di Bumi ditemukan terutama pada keadaan oksidasi +2 dan +3.
Sangat penting untuk memperoleh pengetahuan yang sesuai tentang sifat tanah bulan. Potensi pembangunan struktur, jaringan transportasi darat, dan sistem pembuangan limbah, untuk beberapa contoh, akan bergantung pada data eksperimen dunia nyata yang diperoleh dari pengujian sampel tanah bulan. Kemampuan tanah memuat beban diatasnya merupakan parameter penting dalam perancangan struktur semacam itu di Bumi.
Karena berbagai dampak meteorit (dengan kecepatan di kisaran 20 km/detik), permukaan bulan ditutupi dengan lapisan tipis debu. Debu tersebut bermuatan listrik dan menempel pada permukaan yang bersentuhan dengannya. Tanah menjadi sangat padat di bawah lapisan atas regolith.
Faktor lain yang dapat mempengaruhi sifat tanah bulan meliputi diferensial suhu yang besar, tingkat kevakuman yang tinggi, dan tidak adanya medan magnet yang signifikan di bulan (sehingga memungkinkan partikel angin surya bermuatan terus menerus menumbuk permukaan Bulan).
Ada beberapa bukti bahwa Bulan mungkin memiliki atmosfer partikel debu yang bergerak yang terus-menerus, terlontar ketas dan kemudian jatuh kembali ke permukaan Bulan, sehingga menimbulkan "atmosfir debu" yang terlihat statis namun sebenarnya terdiri dari partikel debu dalam gerakan konstan. Istilah "air mancur bulan" telah digunakan untuk menggambarkan efek ini dengan analogi aliran molekul air di air mancur mengikuti lintasan balistik saat tampil statis karena arus yang konstan. Menurut sebuah model yang diusulkan pada tahun 2005 oleh Laboratorium untuk Fisika Ekstraterrestrial di Goddard Space Flight Center NASA, hal ini disebabkan oleh levitasi elektrostatik. Di sisi terang bulan, radiasi ultraungu dan sinar-X matahari memiliki energi yang cukup untuk mengetuk elektron keluar dari atom dan molekul tanah bulan. Muatan positif terbentuk hingga partikel terkecil debu bulan (berukuran 1 mikrometer atau lebih kecil) tertolak dari permukaan dan terlempar kemana-mana hingga beberapa meter atau kilometer (partikel terkecil akan mencapai ketinggian tertinggi). Kemudian pada akhirnya mereka kembali ke permukaan tempat proses tersebut diulang. Di sisi malam, debu menjadi bermuatan negatif oleh elektron angin matahari. Faktanya, model air mancur menunjukkan bahwa sisi malam akan mencapai perbedaan voltase yang lebih besar daripada sisi siang hari, memungkinan untuk meluncurkan partikel debu dengan kecepatan dan ketinggian yang lebih tinggi. Efek ini kemungkinan akan semakin meningkat selama orbit Bulan melewati magnetotail Bumi; lihat Medan Magnetik Bulan untuk uraian lebih detail. Pada terminator dapat terjadi medan listrik horisontal yang signifikan antara daerah siang dan malam, menghasilkan transportasi debu horisontal - suatu bentuk "badai bulan".
Efek ini diantisipasi pada tahun 1956 oleh penulis fiksi ilmiah Hal Clement dalam cerpennya "Dust Rag", yang diterbitkan dalam "Astounding Science Fiction ".
Ada beberapa bukti untuk efek ini. Pada awal 1960-an, Surveyor 7
dan beberapa pesawat ruang angkasa Surveyor sebelumnya yang mendarat dengan lembut di Bulan mengembalikan foto-foto yang tidak diragukan lagi, menunjukkan cahaya senja rendah di atas cakrawala bulan yang bertahan setelah Matahari terbenam. Selain itu, cakrawala jauh antara daratan dan langit tidak terlihat tajam, seperti yang kemungkinan terjadi di ruang hampa dimana tidak ada kabut atmosfer. Astronot Apollo 17 yang mengorbit Bulan pada tahun 1972 berulang kali melihat dan membuat sketsa dengan apa yang mereka sebut "sabuk", "pita" atau "sinar senja" sekitar 10 detik sebelum matahari terbit di bulan atau matahari terbenam di bulan. Sinar tersebut juga dilaporkan oleh astronot di atas pesawat Apollo 8, 10, dan 15. Ini mungkin serupa dengan cahaya crepuscular di Bumi.
Apollo 17 juga menempatkan sebuah eksperimen di permukaan Bulan yang disebut LEAM, (singkatan dari "Lunar Ejecta and Meteorites"). Eksperimen ini dirancang untuk mencari debu yang ditendang oleh meteoroid kecil yang menabrak permukaan Bulan. Ada tiga sensor yang bisa merekam kecepatan, energi, dan arah partikel kecil: masing-masing mengarah ke atas, timur, dan barat. LEAM melihat sejumlah besar partikel setiap pagi, sebagian besar berasal dari timur atau barat - bukan di atas atau bawah - dan sebagian besar lebih lambat dari kecepatan yang diharapkan untuk lunar ejecta. Selain itu, suhu percobaan meningkat mendekati 100 derajat celcius beberapa jam setelah matahari terbit di bulan, sehingga unit harus dimatikan sementara karena terlalu panas. Diperkirakan bahwa hal ini disebabkan oleh debu bulan bermuatan listrik yang menempel pada LEAM, menggelapkan permukaannya sehingga perkakas eksperimen justru menyerap dan bukan memantulkan sinar matahari. Namun, para ilmuwan tidak dapat menentukan sumber masalah dengan pasti, karena LEAM hanya beroperasi sebentar sebelum program Apollo berakhir.
Ada kemungkinan bahwa badai debu ini telah terlihat dari Bumi: Selama berabad-abad, ada laporan tentang cahaya aneh di Bulan, yang dikenal sebagai "fenomena transien bulan" ("Transient lunar phenomenon") atau TLPs. Beberapa TLPs telah diamati sebagai kilatan sesaat, sekarang umumnya diterima bahwa cahaya itu adalah meteorit yang mempengaruhi permukaan bulan. Tapi cahaya yang lain tampak seperti kilau kemerahan atau keputihan dan juga seperti kabut tebal yang berubah bentuk atau hilang dalam hitungan detik atau menit. Hal ini mungkin akibat sinar matahari yang dipantulkan dari debu bulan yang tersuspensi.
Sebuah studi NASA pada tahun 2005 mencantumkan 20 risiko yang memerlukan penelitian lebih lanjut sebelum manusia harus melakukan ekspedisi dengan awak manusia ke Mars, dan memberi peringkat "debu" sebagai tantangan pertama. Laporan tersebut mendesak penelitian tentang sifat mekanis, korosif, dan efeknya pada sistem kelistrikan. Kebanyakan ilmuwan berpikir satu-satunya cara untuk menjawab pertanyaan tersebut secara definitif adalah dengan mengambil sampel tanah dan batuan Mars ke Bumi dengan baik sebelum meluncurkan misi astronot apapun.
Meskipun laporan tersebut membahas debu Mars, kekhawatirannya sama berlaku mengenai debu bulan. Debu yang ditemukan di permukaan bulan bisa menyebabkan efek berbahaya pada teknologi pos terdepan dan anggota awak:
Prinsip-prinsip kesehatan astronot harus digunakan untuk menilai risiko terpapar debu bulan selama eksplorasi di permukaan Bulan dan dengan demikian menentukan tindakan yang paling tepat untuk mengendalikan paparan. Ini termasuk melepas seragam ruang angkasa dalam tiga tahap kedap udara, "menyedot debu" pakaian ruang angkasa dengan magnet sebelum pelepasan, dan menggunakan ventilasi pembuangan lokal dengan filter partikulat efisiensi tinggi untuk menghilangkan debu dari atmosfir pesawat ruang angkasa.
Sifat berbahaya debu bulan belum diketahui dengan baik. Namun, berdasarkan penelitian tentang debu yang ditemukan di Bumi, kemungkian paparan debu bulan akan menghasilkan risiko kesehatan yang lebih besar baik dari paparan langsung (akut) dan jika paparannya terlalu lama (kronis). Ini karena debu bulan lebih reaktif secara kimia dan memiliki luas permukaan yang lebih besar yang terdiri dari tepi bergerigi yang lebih tajam daripada debu di Bumi. Jika partikel reaktif kimia terendapkan di paru-paru, mereka mungkin akan menyebabkan penyakit pernafasan. Paparan jangka panjang terhadap debu dapat menyebabkan penyakit pernafasan lebih serius yang serupa dengan silikosis. Selama eksplorasi bulan, pesawat ruang angkasa para astronot akan terkontaminasi debu bulan. Debu akan dilepaskan ke atmosfir saat jas dilepas. Metode yang digunakan untuk mengurangi paparan akan mencakup penyediaan tingkat resirkulasi udara yang tinggi di airlock, penggunaan "Double Shell Spacesuit", penggunaan perisai debu, penggunaan pemisahan magnetik bermutu tinggi, penggunaan fluks matahari untuk memadatkan dan melelehkan regolith.
Astronot Apollo membawa kembali 360 kilogram (800 pon) batuan bulan dari enam lokasi pendaratan. Meskipun bahan ini telah diisolasi dalam botol kemasan vakum, sekarang tidak dapat digunakan untuk analisis kimia atau mekanis yang terperinci - partikel pasir merusak segel ujung-pisau indium botol vakum; Udara telah bocor perlahan. Setiap sampel yang dibawa kembali dari bulan telah terkontaminasi oleh udara dan kelembaban bumi. Debu telah mengakuisisi patina (lapisan kehijauan pada logam) karat, dan, akibat ikatan dengan air terestrial dan molekul oksigen, reaktivitas kimiawi sudah lama hilang. Sifat kimia dan elektrostatik sampel tanah bulan tidak lagi sesuai dengan apa yang akan ditemukan astronot masa depan di bulan.
Barang yang terkontaminasi debu bulan akhirnya tersedia untuk umum pada tahun 2014, ketika pemerintah AS menyetujui penjualan barang pribadi yang dimiliki, dan dikumpulkan oleh para astronot. Dan barang-barang tersebut merupakan satu-satunya item yang dijual dengan paparan debu bulan asli setelah barang tersebut menghabiskan lebih dari 32 jam di Bulan. Tali bagasi yang terpapar unsur Bulan selama 32 jam, sebuah pakaian ruang angkasa Charles "Pete" Conrad pada misi Apollo 12, dijual kepada pembeli pribadi di lelang tersebut. Pada tahun 2017, tanah bulan yang dikumpulkan oleh Neil Armstrong pada tahun 1969 disiapkan untuk dilelang. Sementara ini banyak pembuat perhiasan dan jam tangan mengklaim produk mereka mengandung "debu bulan", produk tersebut sebenarnya hanya berisi potongan-potongan debu atau debu dari meteorit yang diyakini berasal dari Bulan.