AstronomiFizikKimya

Gök Cisimlerinin Yüzeyinde Basitçe Su Oluşturmak

Japon Uzay Ajansı, Ay’da ve küçük gök cisimlerinin yüzeyinde su moleküllerinin üretilebileceğini gösteren deneyler yaptı.

Çeviren: Sena Çalışkan
Düzenleyen: Esranur Maral

Özet: Japon Uzay Ajansı JAXA tarafından yürütülen bir araştırma ekibi, Güneş’ten salınan hidrojen iyonları ile Ay yüzeyindeki silikat materyali (Dünya, Ay ve diğer küçük gök cisimlerinde bulunan ana mineral) ile çarpıştığında Ay’da ve küçük cisimlerin yüzey katmanında su moleküllerinin (H2O) üretebileceğini gösteren deneyler yaptı.

Genel Bakış

Yusuke Nakauchi (JAXA) tarafından yürütülen bir araştırma ekibi, Güneş’ten salınan hidrojen iyonları Ay yüzeyindeki silikat materyali (Dünya, Ay ve diğer küçük gök cisimlerinde bulunan ana mineral) ile çarpıştığında, Ay’da ve küçük cisimlerin yüzey katmanında su moleküllerinin (H2O) üretebileceğini gösteren deneyler yaptı.

Son yıllarda, Ay kâşiflerinden gelen gözlemsel veriler “Ay’daki suyun” varlığını bildirerek Güneş rüzgârı[1] tarafından Ay yüzeyinin aydınlanmasında OH veya H2O moleküllerinin üretilme olasılığı hakkında bir tartışmaya yol açtı. Ay yüzeyinin Güneş rüzgârıyla aydınlanmasını taklit etmek için daha önce deneyler yapılmış ve H2O’nun hidrojen iyonları tarafından aydınlatıldıktan sonra bir mikrometeoroit çarpma yoluyla üretilebileceği bildirilmiştir. Nakauchi ve arkadaşlarının yaptığı bu yeni deneylerde, hidrojen iyonu ışınlamasının tek başına H2O oluşturmak için yeterli olabileceği bulundu. Bu sonuçlar, H2O’nun Ay’da ve Güneş rüzgârından hidrojen iyonlarına doğrudan maruz kalan küçük cisimlerin yüzey katmanında çok basit bir tepkimeyle üretilebileceğini göstermektedir.

Araştırma Detayları

Arka Plan
Ay’ın yaratılışı için önde gelen teorilerden biri, uydumuzun Dünya ile Mars büyüklüğündeki büyük bir nesne arasındaki devasa bir çarpışma sırasında oluştuğudur. Büyük Sıçrama[2] Teorisi’ne göre, oluşum çarpışması tüm Ay’ın yüzeyinin magma ile kaplandığı bir döneme yol açtı ve bu zamanda Ay’ın bileşiminden su gibi uçucu bileşenlerin tükendiğinden şüpheleniliyor. Bu, dolayısıyla Ay’da su olmadığını gösteriyordu. Bununla birlikte son yıllardaki Ay gözlemsel verilerinin analizi, suyun (OH veya H2O grupları) Ay yüzeyinin geniş bir alanında mevcut olabileceğini kuvvetle ortaya koymuştur (Örneğin: C.M. Pieters ve diğerleri, 2009). Bu suyun kökeni ile ilgili tartışmalar, Ay’ın oluşumundan sonra küçük cisimler (kuyruklu yıldızlar ve asteroitler gibi) aracılığıyla veya Güneş rüzgârındaki hidrojen iyonları ile Ay materyalleri arasındaki bir tepkimede oluştuğunu önermektedir. Bu seçeneklerden, ikinci olasılık üzerine deneysel araştırmalar dünya çapında yürütülmüştür. Güneş rüzgârı [Güneş’ten kaynaklanan, esas olarak hidrojen iyonları ve elektronlardan oluşan yüksek hızlı gaz akışı (400 km / sn)] Güneş Sistemi’nin uzayını doldurur. Ay’ın yüzeyi ve asteroitler gibi diğer havasız cisimler atmosfere sahip olmadığından Güneş rüzgârı doğrudan yüzeylerinin minerallerinin üzerine düşer. Güneş rüzgârındaki hidrojen iyonları ile Ay yüzeyindeki minerallerde bulunan oksijen iyonlarının birleşerek OH grupları ve H2O oluşumuna yol açması beklenmektedir. Ay’da suyun varlığı olası bir kaynak olarak büyük ilgi çektiğinden yerinde kaynak kullanımının daha kolay uygulanmasına yol açabilecek H2O üretim mekanizmalarının yanı sıra miktarı ve konumu anlamak özellikle önemlidir.

Merkür yüzeyine yakın plazma ortamını gözlemleyen BepiColombo MIO yörünge aracının çizimidir. Dünya’nın yüzeyi, gezegen atmosferi ve manyetik alanlar tarafından Güneş rüzgârından korunurken, Ay’ın atmosferi veya manyetik alanı olmadığından Güneş rüzgârları doğrudan Ay yüzeyine düşer. Gezegenin atmosferi olmadığı ve yalnızca zayıf bir manyetik alanı olduğu için Merkür’deki durum da benzerdir. Bu nedenle bu makalede anlatıldığı gibi göksel yüzey materyali ile güneş rüzgârındaki iyonlar arasındaki etkileşim, görev için önemli bir araştırma konusudur (Kaynak: JAXA).


Araştırmalarında Nakauchi ve arkadaşları (diğer araştırmacılar) Ay’ın veya asteroidin atmosferi desteklemeyen yüzeyinde suyun nasıl oluşabileceğini sordu. Ekip, bu soruyu çözmek için bir asteroidin yüzeyinde bulunan materyallerin aracılık ettiği tepkimelerle OH grupları ve H2O oluşum sürecini araştırdı.

Deney Detayları

Bu çalışmada gök cisminin yüzeyi, karbonlu kondritlerde[3]  bulunan sulu silikat mineralinin (serpantin ve saponit) toz hâlinde bir örneği kullanılarak taklit edilmiştir. Toz hâlindeki örnek, yüksek vakumlu bir ortam odasına yerleştirildi ve Güneş rüzgârındaki protonları taklit etmek için bir hidrojen iyon demeti (H2 +, 10keV) ile ışınlandı. Hidrojen iyon demeti ile ışınlama yoluyla OH ve H2O oluşum süreci, yakın kızılötesi yansıma spektrumundaki değişikliklerin detaylı incelenmesi ile araştırıldı. Deney, araştırma merkezinin mikrodalga iyon kaynağı uygulama cihazı ve Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektrometresi (FTIR) kullanılarak Fukui Eyaletindeki Wakasa Wan Enerji Araştırma Merkezi ile iş birliği içinde gerçekleştirildi. Araştırmacı ekip, “Işınlama testleri ve yöntemleri sırasında hidrojen iyon ışınlarının oluşumunu ve hızlanmasını incelemek ve uygulamak için iyon ışını hızlandırıcısını kullanırken aldığımız destekten dolayı çok müteşekkiriz.” diye ekledi.

Sonuçlar

Hidrojen iyonları ile ışınlamadan önce ve sonra yakın kızılötesi yansıma spektrumundaki değişim incelendiğinde Si-OH ve H2O ‘nun, Si-OH ve H2O’nun, Si’nin yok edilmesi yoluyla Güneş rüzgârı protonlarını taklit eden hidrojen iyonlarıyla ışınlanmasıyla üretildiği doğrulandı. Mineralde -O bağı sulu silikat minerali ayrıca bir metal -OH bağı içermesine rağmen, yakın kızılötesi yansıma spektrumunda metal -OH’nin bolluğuyla ilişkili dalga boyu aralığında gözlenen hiçbir değişiklik olmamıştır. Bu sonuçlardan H2O oluşum sürecinin şu şekilde olacağı düşünülmektedir:

(1) Işınlayan hidrojen iyonları, silikat minerallerinin kristal yapısındaki … O-Si-O-Si-O … bağını yok eder. (Şekil B)
(2) … O-Si-O- ve ışınlayıcı hidrojen iyonları daha sonra birleşerek … O-Si-OH oluşturur. (Şekil C)
(3) Hidrojen iyonları ile daha fazla ışınlama, O-Si ve H2O oluşturmak için bağı kırar. (Şekil D)

Serpantin kristal yapı görüntüsü. İyon ışınlanmasından önce ve sonra hidrojen ve oksijen elementleri. (Kaynak: JAXA)

Önceki deneysel sonuçlar, OH gruplarının yalnızca hidrojen iyonu ışınlaması yoluyla oluşumunu gösterdi ancak H2O oluşumu, hidrojen iyonu ışınlamasından sonra bir mikrometeroit etkisi gerektirdi. Nakauchi ve diğerleri H2O oluşumunun sadece hidrojen iyonları ile ışınlama ile teyit edildiği ilk örnektir. Ayrıca OH grupları ve H2O oluşumunun yaklaşık 102-103 yılda doyma noktasına hızlı bir şekilde ulaştığı bulunmuştur. Üretim miktarının ileride rafine edilmesi planlanmaktadır.

Son Araştırma Sonuçlarıyla Bağlamı

Son zamanlarda Ay’ın Güneş ışığına maruz kalan bir bölgesinde su moleküllerinin (H2O) varlığı bildirildi (NASA sunumu: C.I. Hanniball ve diğerleri, 2020). Daha önce bildirilen deneylerin sonucuna göre, Ay’ın yüzey minerallerinin Güneş rüzgârından gelen hidrojen iyonları ile ışınlanarak OH gruplarının oluşması ve daha sonra yüzey mikrometeoroit darbelere maruz kaldıktan sonra H2O’nun oluşması mümkün görülmüştü. Nakauchi ve arkadaşları H2O’nun sadece Ay’ın yüzey minerallerini Güneş rüzgârından gelen hidrojen iyonları ile ışınlayarak oluşmuş olabileceğini göstererek daha basit bir oluşum süreci önerdi. Bu araştırmanın sonuçları, Güneş rüzgârı ışınlaması yoluyla, Ay yüzeyinde su moleküllerinin üretilmeye devam ettiği anlamına geliyor. Buradaki sonuçlar, tedarik sürecini ve “Ay’daki suyun” mevcudiyetini tahmin etmek için önemli bulgular olarak kabul edilmektedir.


[1] Güneş rüzgârı: Güneş’in korona tabakasından uzaya sürekli yüklü parçacık akışıdır.
[2] Büyük Sıçrama: Büyük Sıçrama veya Theia Etkisi olarak adlandırılan devasa etki hipotezi, Ay’ın Hadean eon’unda proto-Dünya ile Mars büyüklüğünde bir gezegen arasında yaklaşık 4,5 milyar yıl arasındaki bir çarpışmanın ejektasından (fırlatılan parçacıklardan) oluştuğunu gösteriyor.  (Kaynak: Vikipedi)
[3] Kondrit: Kondritler ait oldukları ana maddeden erime veya farklılaşmaya bağlı olarak değişime uğramamış taşcıl göktaşlarıdır. Bunlar, ilkel asteroitleri oluşturmak için birleşerek çoğalan ve Güneş sisteminin başlangıcında bulunan toz ve küçük parçalarının çeşitleri varken oluşmuşlardır. (Kaynak: Vikipedi)

Via
https://www.isas.jaxa.jp/en/topics/002576.html

Sena Caliskan

Ankara Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri lisans öğrencisi

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button