Måling af Månens nano-støv er ingen lille sag

Som en kamæleon på nattehimlen, månen skifter ofte udseende. Det ser måske større ud, lysere eller rødere, for eksempel, på grund af dets faser, dens position i solsystemet eller røg i Jordens atmosfære. (Den er ikke lavet af grøn ost, imidlertid.)

En anden faktor i dets udseende er størrelsen og formen af ​​månestøvpartikler, de små stenkorn, der dækker månens overflade. Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) måler nu mindre månestøvpartikler end nogensinde før, et skridt i retning af mere præcist at forklare månens tilsyneladende farve og lysstyrke. Dette kan igen hjælpe med at forbedre sporing af vejrmønstre og andre fænomener af satellitkameraer, der bruger månen som en kalibreringskilde.

NIST forskere og samarbejdspartnere har udviklet en kompleks metode til at måle den nøjagtige tredimensionelle form af 25 partikler af månestøv indsamlet under Apollo 11 missionen i 1969. Holdet omfatter forskere fra Air Force Research Laboratory, Space Science Institute og University of Missouri-Kansas City.

Disse forskere har studeret månestøv i flere år. Men som beskrevet i et nyt tidsskrift, de har nu røntgen nano computertomografi (XCT), hvilket gjorde det muligt for dem at undersøge formen af ​​partikler så små som 400 nanometer (milliarddele af en meter) i længden.

Forskerholdet udviklede en metode til både at måle og beregningsmæssigt analysere, hvordan støvpartiklen former spredelys. Opfølgende undersøgelser vil omfatte mange flere partikler, og mere tydeligt knytte deres form til lysspredning. Forskere er især interesserede i en funktion kaldet "albedo, "månetaler for, hvor meget lys eller stråling den reflekterer.

Opskriften på at måle månens nanostøv er kompliceret. Først skal du blande det med noget, som om at lave en omelet, og vend den så på en pind i timevis som en rotisserie-kylling. Sugerør og sysmednåle er også involveret.

"Proceduren er kompliceret, fordi det er svært at få en lille partikel af sig selv, men man skal måle mange partikler for god statistik, da de er tilfældigt fordelt i størrelse og form, " sagde NIST-stipendiat Ed Garboczi.

"Da de er så små, og fordi de kun kommer i pulvere, en enkelt partikel skal adskilles fra alle de andre, Garboczi fortsatte. "De er for små til at gøre det i hånden, i hvert fald ikke i nogen mængde, så de skal omhyggeligt fordeles i et medium. Mediet skal også fryse deres mekaniske bevægelse, for at kunne få gode XCT billeder. Hvis der er nogen bevægelse af partiklerne i løbet af de adskillige timer af XCT-scanningen, så bliver billederne meget slørede og generelt ikke brugbare. Prøvens endelige form skal også være kompatibel med at få røntgenkilden og kameraet tæt på prøven, mens den roterer, så en smal, lige cylinder er bedst."

Proceduren involverede omrøring af Apollo 11-materialet til epoxy, som så blev dryppet over ydersiden af ​​et lillebitte sugerør for at få et tyndt lag. Små stykker af dette lag blev derefter fjernet fra sugerøret og monteret på skrædders stifter, som blev indsat i XCT-instrumentet.

XCT-maskinen genererede røntgenbilleder af prøverne, der blev rekonstrueret af software til skiver. NIST-software stablede skiverne til et 3D-billede og konverterede det derefter til et format, der klassificerede volumenenheder, eller voxels, som enten inden i eller uden for partiklerne. 3D-partikelformerne blev identificeret ud fra disse segmenterede billeder. Voxelerne, der udgør hver partikel, blev gemt i separate filer, der blev videresendt til software til løsning af problemer med elektromagnetisk spredning i det synlige for det infrarøde frekvensområde.

Resultaterne indikerede, at farven på lys absorberet af en månestøvpartikel er meget følsom over for dens form og kan være væsentligt forskellig fra farven på sfæriske eller ellipsoide partikler af samme størrelse. Det betyder ikke for meget for forskerne – endnu.

"Dette er vores første kig på indflydelsen af ​​faktiske former af månepartikler på lysspredning og fokuserer på nogle grundlæggende partikelegenskaber, " medforfatter Jay Goguen fra Space Science Institute sagde. "Modellerne udviklet her danner grundlag for fremtidige beregninger, der kunne modellere observationer af spektret, lysstyrke og polarisering af månens overflade, og hvordan de observerede mængder ændrer sig under månens faser."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NIST. Læs den originale historie her.