Atmosfera Bulan: Ionosfera mempunyai Ketumpatan Plasma yang tinggi  

Salah satu perkara yang paling indah tentang ibu Bumi ialah kehadiran an suasana. Kehidupan di Bumi tidak mungkin berlaku tanpa helaian udara yang meriah yang sepenuhnya merangkumi Bumi dari sekeliling. Pada fasa awal evolusi atmosfera pada zaman geologi, tindak balas kimia dalam kerak bumi merupakan sumber gas yang kritikal. Walau bagaimanapun, dengan evolusi kehidupan, proses biokimia yang berkaitan dengan kehidupan mengambil alih dan mengekalkan keseimbangan gas semasa. Terima kasih kepada pengaliran logam lebur di bahagian dalam Bumi yang menimbulkan medan magnet Bumi yang bertanggungjawab untuk pesongan kebanyakan angin suria yang mengion (aliran berterusan zarah bercas elektrik iaitu plasma yang berasal dari atmosfera suria) dari Bumi. Lapisan paling atas atmosfera menyerap sinaran pengion yang tinggal, seterusnya menjadi terion (oleh itu dipanggil ionosfera).  

Adakah Bulan, satelit semula jadi Bumi, mempunyai atmosfera?  

The Moon does not have an atmosphere the way we experience it on Earth. Its gravitational field is weaker than Earth’s; while escape velocity at Earth’s surface is about 11.2 km/sec (air resistance disregarded), on Moon’s surface it is merely 2.4 km/sec which is much less than the root mean square (RMS) velocity of hydrogen molecules on the Moon. As a result, most of the hydrogen molecules escape to ruang and the Moon is unable to retain any significant sheet of gases around it. However, this does not mean the Moon has no atmosphere at all. The Moon has an atmosphere but it’s so thin that a near vacuum condition prevails at the Moon’s surface. The Moon’s atmosphere is extremely thin: about 10 trillion times thinner than the Earth’s atmosphere. Density of the Moon’s atmosphere is at par with the density of the outermost fringes of Earth’s atmosphere¹. Dalam konteks inilah ramai yang berpendapat bahawa Bulan tidak mempunyai atmosfera.  

. Bulan suasana adalah penting untuk masa depan manusia. Oleh itu terdapat beberapa siri kajian sejak 75 tahun yang lalu.  

NASA’s Appolo Mission made significant contributions when it first detected Bulan suasana⁴. Lunar Atmospheric Composition Experiment (LACE) of Apollo 17 found small amounts of a number of atoms and molecules (including helium, argon, and possibly neon, ammonia, methane and carbon dioxide) on the Moon’s surface¹. Selepas itu, pengukuran berasaskan tanah menemui wap natrium dan kalium di atmosfera Bulan menggunakan spektroskopi garis pelepasan². There were also reports on the finding of metal ions emanating from the Moon in antara planet ruang dan H₂Wahai ais di kawasan kutub Bulan³.  

Untuk 3 Ga terakhir (1 Ga atau giga-annum = 1 bilion tahun atau 10⁹ tahun), atmosfera Bulan adalah stabil dengan eksosfera sempadan permukaan berketumpatan rendah (SBE). Sebelum itu, Bulan mempunyai suasana yang lebih menonjol, walaupun sementara disebabkan oleh aktiviti gunung berapi yang besar di Bulan⁴.

Kajian yang diterbitkan baru-baru ini menggunakan ukuran daripada ISRO’s lunar pengorbit reveal that the ionosphere of the Moon can have a very high electron density. The Bulan surface electron density could be as high as 1.2 × 10⁵ per cubic cm but the solar wind acts as a strong removal agent sweeping all the plasma to the antara planet sederhana⁵. Walau bagaimanapun, penemuan yang menarik ialah pemerhatian kandungan elektron yang tinggi di kawasan bangun (wilayah gangguan mengekori dalam angin suria dalam arah anti-matahari). Ia lebih besar daripada arah siang memandangkan hakikat bahawa sinaran suria mahupun angin suria tidak berinteraksi secara langsung dengan zarah neutral yang tersedia di rantau ini⁶. Kajian menunjukkan bahawa ion dominan di kawasan bangun ialah Ar^+, dan Ne⁺ yang mempunyai jangka hayat yang lebih lama daripada ion molekul (CO₂^+, dan H₂O⁺ ) yang dominan di kawasan lain. Kerana hayat mereka yang lebih tinggi, Ar⁺ dan Ne⁺ ions survive in the wake region while the molecular ions recombine and disappear. High electron density was found also near Bulan polar regions during solar transition periods^5,6. 

NASA planned Artemis Mission to the Moon aims to set up Artemis Base Camp on the Bulan surface and the Gateway in Bulan orbit. This will certainly help more detailed and direct study of the Bulan suasana⁷.  

*** 

Rujukan:  

1. NASA 2013. Adakah Terdapat Suasana di Bulan? Boleh didapati dalam talian di https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  

2. Potter AE dan Morgan TH 1988. Penemuan Wap Natrium dan Kalium dalam Atmosfera Bulan. SAINS 5 Ogos 1988 Jld 241, Keluaran 4866 ms 675-680. DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 

3. Stern SA 1999. Suasana bulan: Sejarah, status, masalah semasa, dan konteks. Ulasan tentang Geofizik. Pertama diterbitkan: 01 November 1999. Jilid37, Keluaran 4 November 1999. Halaman 453-491. DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 

4. Needham DH dan Kringab DA 2017. Gunung berapi bulan menghasilkan suasana sementara di sekitar Bulan purba. Surat Sains Bumi dan Planet. Jilid 478, 15 November 2017, Muka Surat 175-178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  

5. Ambili KM dan Choudhary RK 2021. Taburan tiga dimensi ion dan elektron dalam ionosfera bulan berasal daripada tindak balas fotokimia. Notis Bulanan Persatuan Astronomi Diraja, Jilid 510, Isu 3, Mac 2022, Halaman 3291–3300, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  

6. Tripathi KR, et al 2022. A study on the characteristic features of the lunar ionosphere using dual frequency radio science (DFRS) experiment onboard Chandrayaan-2 orbiter. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, Volume 515, Issue 1, September 2022, Pages L61–L66, DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  

7. NASA 2022. Misi Artemis. Boleh didapati di https://www.nasa.gov/specials/artemis/ 

***