Ay Paslanıyor ve Hepsi Dünya'nın Suçu

Dünya’dan sızan oksijenin, Ay’ın kutuplarında demirin hematite (Fe₂O₃) dönüşmesinden sorumlu olduğu düşünülüyor. Laboratuvar simülasyonları, hem hematit bolluğunu hem de dağılım desenini açıklayan tek sebebin bu olduğunu gösteriyor ve bu durum bize Dünya ile Ay arasındaki karmaşık kimyasal alışverişe dair yeni bir pencere açıyor.

“Lunar yüzey ışınım süreçlerini taklit etmek için oksijen ve hidrojen ışınım deneyleri serisi yürüttük,” diye yazıyor, Çin’deki Macau Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden gezegen bilimci Xiandi Zeng liderliğindeki ekip.

“Deneylerimiz, ilk kez hematit minerallerinin hem oluşumunu hem de indirgenmesini gösterdi.”

Ay’da hematit keşfi birkaç yıl önce bilim dünyasında şok etkisi yaratmıştı. Hematit, demirin oksidasyonu yani daha bilinen adıyla paslanma sonucunda oluşuyor. Bu mineral Dünya’da yaygın olsa da, Ay’ın atmosferi yok; yalnızca ince bir ekzosferi var ve oksijen içermiyor.

Bunun yanında, Ay sürekli olarak Güneş rüzgârından gelen hidrojen akışıyla bombardımana uğruyor. Hidrojen, etkileşime girdiği maddelere elektron “bağışlayan” indirgen bir ajan. Oksidasyon ise elektron kaybıyla gerçekleşiyor. Yani, oksidasyon için gerekli tüm elementler Ay’da mevcut olsa bile, Güneş rüzgârı bu süreci engellemesi gerekirdi.

Hematitin varlığı için olası bir açıklama Dünya ile bağlantılıydı. Güneş rüzgârı, Dünya’nın manyetosferine çarptığında, bu yapının Güneş’in aksi yönünde “kuyruk” şeklinde uzamasına sebep oluyor. Bu manyetotayl (magnetotail), Dünya atmosferinden sızan parçacıkları da içeriyor.

Dolunay sırasında, Ay bu manyetotayldan geçerken Dünya’dan gelen oksijen iyonları uydumuza çarpıyor. Ayrıca Ay, Dünya’nın gölgesinde kaldığı için Güneş rüzgârının %99’u engelleniyor.

Teorik olarak bu, Ay’ın her ay yaklaşık beş gün boyunca oksijen bombardımanına uğradığı ve hidrojen bombardımanının azaldığı anlamına geliyor – bu da hematit için uygun bir tarif olabilir.

Bunu laboratuvarda test etmek için araştırmacılar, Dünya’nın manyetotaylındaki oksijen rüzgârının Ay’daki etkisini taklit ederek oksijen iyonlarını demir açısından zengin minerallere fırlattılar.

Ay’da bulunduğu bilinen demir mineralleri için piroksen, olivin, ilmenit, troilit ve bir demir meteoritini örnek olarak seçtiler. Ayrıca manyetit (Fe₃O₄) üzerinde de deney yaptılar ve bu mineralin metalik demir ile hematit arasında bir ara basamak olduğunu doğruladılar.

Sonuçlar, oksijen iyonlarının metalik demir, ilmenit ve troiliti oksitleyebildiğini; ancak etkinin metalik demirde çok daha güçlü olduğunu gösterdi. Buna karşılık, piroksen ve olivin gibi silikatlar hematit oluşturmadı, bu da sürecin seçici olduğunu ortaya koydu.

“Deneysel sonuçlarımız, Ay yüzeyinde oksijen iyon ışınımı yoluyla hematit oluşabileceğine dair güçlü kanıtlar sağlıyor. Ay’daki enerjik oksijen iyonlarının birincil kaynağı olan Dünya rüzgârı, oksidan olarak işlev görüyor ve metalik demir ile oksitler ve sülfürler gibi demir açısından zengin minerallerin oksidasyonunu sağlıyor,” diye yazıyor araştırmacılar makalelerinde.

“Bu demir açısından zengin mineraller Ay regoliti içinde mikropartiküller veya küçük kristaller olarak bulunsa da, Dünya rüzgârına maruz kaldıklarında doğrudan oksitlenebiliyorlar.”

Güneş rüzgârının bu süreci yeterince hızlı tersine çevirip çeviremeyeceğini anlamak için, araştırmacılar farklı yoğunluklarda hidrojen iyonları demetlerini hematite fırlattılar. Dünya rüzgârını taklit eden yüksek enerjili ışın, oksidasyonu tersine çevirebildi; ancak Güneş rüzgârını taklit eden düşük enerjili ışın bunu yapamadı.

Bu da, Güneş rüzgârının, Dünya oksijeninin periyodik akışıyla tetiklenen Ay’daki demir paslanmasını tersine çeviremeyeceğini gösteriyor. Ayrıca hematitin neden Ay’ın kutuplarında yoğunlaştığını da açıklıyor: Dünya’nın manyetotaylı, oksijen iyonlarını yüksek enlemlere yönlendiriyor ve birçok hidrojen iyonunu saptırıyor.

Araştırma, Ay’daki hematite dair başka bir gizemi de çözebilir. Hematit genellikle suyun yakınında bulunuyor ve bilim insanları bunu olası bir neden olarak görüyordu.

Zeng ve meslektaşları, indirgeme deneylerinde yan ürün olarak su buldu: Yüksek enerjili hidrojen hematite çarptığında, oksijen demirden ayrılıp hidrojenle birleşti. Bu da Ay’daki hematit yakınlarındaki suyun aslında hematit indirgenmesinin bir yan ürünü olabileceğini gösteriyor.

Burada keşfedilecek çok şey var. Ay’daki hematit, Dünya atmosferindeki oksijenin yaklaşık 2,4 milyar yıl önceki Büyük Oksidasyon Olayı’na kadar uzanan tarihini bile kaydediyor olabilir.

“Dünya rüzgârı ışınımı yoluyla hematit (ve muhtemelen manyetit) oluşumu, Dünya ve Ay arasında 4 milyardan fazla yıldır süren maddesel alışverişi vurguluyor. Bu da onların bağlı manyetosferlerinin etkileşimleri sayesinde mümkün olmuş olabilir,” diye yazıyor araştırmacılar.

“Bu bulgular, Ay regoliti ile yıldızlararası plazmalar arasındaki etkileşimlerin daha fazla araştırılmasının gerekliliğini ortaya koyuyor. Daha da önemlisi, yakın zamanda Chandrayaan-3’ün 69°G’de başarılı inişi ve Çin’in yaklaşan Chang’E-7 görevinin Ay’ın güney kutbunu hedeflemesi, bu iç içe geçmiş tarihi daha derinlemesine anlamamız için umut verici fırsatlar sunuyor.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.