Jabarkan Sifat dari Tanah Bulan

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).

Air mancur debu bulan dan levitasi elektrostatik

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 "atmosfer 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 ke mana-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 astronaut 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.

Efek berbahaya dari debu bulan

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 astronaut 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:

Menggelapkan permukaan, menyebabkan peningkatan yang cukup besar pada perpindahan panas radiasi;

Sifat abrasi dari partikel debu bisa mengoyak dan mengikis permukaan melalui gesekan;

Efek negatif pada pelapis yang digunakan pada gasket untuk menyegel peralatan dari luar angkasa, lensa optik, panel surya, dan jendela serta kabel;

Kerusakan yang mungkin terjadi pada sistem paru-paru, saraf, dan kardiovaskular astronaut.

Prinsip-prinsip kesehatan astronaut 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 atmosfer 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 astronaut akan terkontaminasi debu bulan. Debu akan dilepaskan ke atmosfer 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.