WASHINGTON - Para astronot NASA yang menjadi orang pertama yang mendarat di permukaan bulan pada tahun 1960-an dan 1970-an juga menemukan karakteristik bulan yang sebelumnya tidak diketahui: bulan memiliki atmosfer, meskipun cukup tipis.

Sampel tanah yang mereka ambil sekarang mengungkapkan proses fisik utama yang mendorong atmosfer ini.

Dengan menganalisis bentuk dua unsur - kalium dan rubidium - yang ada dalam sembilan sampel tanah kecil dari lima misi Apollo, para peneliti menentukan bahwa atmosfer bulan diciptakan dan dipertahankan terutama oleh efek meteorit, besar dan kecil, yang menghantam permukaan bulan.

"Dampak meteorit menghasilkan suhu tinggi berkisar antara 2.000-6.000 derajat Celsius (3.600-10.800 derajat Fahrenheit). Suhu ekstrem ini melelehkan dan menguapkan batuan di permukaan bulan, mirip dengan bagaimana panas menguapkan air, melepaskan atom ke atmosfer," kata ilmuwan planet dan kosmokimiawan Institut Teknologi Massachusetts Nicole Nie, penulis utama studi yang diterbitkan pada hari Jumat di jurnal Science Advances.

Atmosfer bulan sangat tipis dan secara teknis diklasifikasikan sebagai eksosfer, yang berarti atom tidak bertabrakan satu sama lain karena jumlahnya sangat sedikit, berbeda dengan atmosfer Bumi yang tebal dan stabil.

"Misi Apollo membawa instrumen ke permukaan bulan yang mendeteksi atom di udara," kata Nie.

Pada tahun 2013, NASA mengirim wahana antariksa robotik LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) untuk mengorbit bulan guna mempelajari atmosfer dan lingkungan permukaannya. Wahana ini mengidentifikasi dua proses, yang dikenal sebagai pelapukan ruang angkasa, yang sedang berlangsung - tumbukan meteorit dan fenomena yang disebut semburan angin surya.

"Angin surya membawa partikel bermuatan berenergi tinggi, terutama proton, melalui ruang angkasa. Ketika partikel ini menghantam bulan, mereka mentransfer energinya ke atom permukaan bulan, yang menyebabkannya terlempar dari permukaan," kata Nie.

Angin surya mengacu pada aliran konstan partikel bermuatan dari matahari yang menembus tata surya.

LADEE tidak menentukan kontribusi relatif dari kedua proses ini terhadap atmosfer bulan. Studi baru menunjukkan bahwa tumbukan menyumbang lebih dari 70% komposisinya, sementara semburan angin surya menyumbang kurang dari 30%.

Bulan terus-menerus dihujani meteorit - di awal sejarahnya, meteorit besar yang membuat kawah menganga yang terlihat di permukaan bulan dan baru-baru ini meteorit yang lebih kecil termasuk mikrometeorit seukuran debu.

Beberapa atom yang terangkat oleh tumbukan ini terbang ke luar angkasa. Sisanya tetap melayang di atas permukaan dalam atmosfer yang secara teratur diisi ulang saat lebih banyak meteorit mendarat.

Atmosfer bulan sebagian besar mengandung argon, helium, dan neon, bersama dengan kalium dan rubidium dan mungkin unsur-unsur lain pada tingkat yang lebih rendah. Atmosfer membentang dari permukaan bulan hingga ketinggian sekitar 62 mil (100 km).

Atmosfer bumi membentang hingga sekitar 6.200 mil (10.000 km).
Alih-alih menyelidiki atom sebenarnya di atmosfer bulan, para peneliti menggunakan tanah bulan, yang disebut regolith, sebagai pengganti. Mereka menggunakan instrumen yang disebut spektrometer massa untuk memeriksa rasio isotop kalium dan rubidium yang berbeda di dalam tanah. Isotop adalah atom dari unsur yang sama dengan massa yang sedikit berbeda karena jumlah partikel subatomik yang disebut neutron berbeda.

"Hal ini dimungkinkan karena tanah permukaan bulan berinteraksi dengan eksosfer sejak terbentuknya bulan, dan proses yang berbeda meninggalkan jejak yang berbeda pada komposisi isotop tanah bulan," kata ilmuwan planet dan rekan penulis studi Timo Hopp dari Institut Max Planck untuk Penelitian Tata Surya di Jerman.

Ada tiga isotop kalium dan dua isotop rubidium.
Setelah puluhan tahun mempelajari bulan, para ilmuwan masih mempelajari beberapa proses dasarnya.

"Banyak pertanyaan penting tentang atmosfer bulan yang masih belum terjawab. Kami sekarang dapat menjawab beberapa pertanyaan ini karena kemajuan teknologi," kata Nie.

"Ketika sampel Apollo dikembalikan dari bulan pada tahun 1970-an, komposisi isotop kalium dan rubidium di tanah bulan diukur menggunakan spektrometer massa. Namun, pada saat itu, tidak ada perbedaan isotop yang diamati. Spektrometer massa saat ini menawarkan presisi yang jauh lebih tinggi."