Objev, který změnil náš pohled na Měsíc. Na Měsíci byl objeven „zázračný materiál“ grafen

V roce 2004 vědci z Manchesterské univerzity poprvé izolovali a zkoumali grafen, supermateriál složený z jednovrstvých atomů uhlíku uspořádaných do šestihranné voštinové mřížky.

Od té doby se stal zázrakem, který má vlastnosti, díky nimž je mimořádně užitečný v mnoha aplikacích. Mezi vědci se obecně předpokládá, že přibližně 1,9 % uhlíku v mezihvězdném prostředí (ISM) existuje ve formě grafenu, jehož tvar a struktura jsou dány procesem jeho vzniku.

Jak už to tak bývá, na povrchu Měsíce by se mohlo nacházet velké množství tohoto supermateriálu. V nedávné studii vědci z Čínské akademie věd (CAS) odhalili na Měsíci přirozeně vzniklý grafen uspořádaný do zvláštní tenkovrstvé struktury. Tato zjištění by mohla mít drastické důsledky pro naše chápání toho, jak Měsíc vznikl, a vést k novým metodám výroby grafenu, jehož využití sahá od elektroniky přes skladování energie až po stavebnictví a supermateriály.

Mohly by se také hodit pro budoucí mise, které na povrchu Měsíce vytvoří trvalou infrastrukturu. Tým vedli profesoři Wei Zhang a Meng Zou z Klíčové laboratoře bionického inženýrství a Klíčové laboratoře vysoce účinných materiálů pro čistou energii provincie Jilin pro mezinárodní spolupráci na Jilinské univerzitě, vedoucí inženýr Jilinské univerzity Xiujuan Li a Wencai Ren z Ústavu pro výzkum kovů CAS (CAS-ISM).

Připojili se k nim kolegové z několika klíčových laboratoří Jilinské univerzity, CAS-ISM, Laboratoře pro výzkum hlubokého vesmíru a Centra pro výzkum Měsíce a vesmírné inženýrství. Článek, který popisuje jejich zjištění, vyšel v časopise National Science Review.

Vědci již desítky let spekulují, že soustava Země-Měsíc vznikla v důsledku mohutné srážky, hypotézy obřího impaktu, mezi tělesem o velikosti Marsu (Theia) a Zemí zhruba před 4,4 miliardami let. Tuto teorii podpořily analýzy měsíčních hornin, které vrátili astronauti z programu Apollo a které vedly k představě, že se jedná o uhlíkem ochuzenou. Nedávné poznatky však tento konsenzus zpochybňují na základě pozorování globálních toků uhlíkových iontů na Měsíci, které naznačují přítomnost autochtonního uhlíku.

Tato pozorování jsou v souladu s analýzou jednoho ze vzorků Apolla 17, která prokázala přítomnost grafitu. Pro svou studii provedl tým spektroskopickou analýzu vzorku měsíční půdy ve tvaru olivy (o rozměrech asi 2,9 × 1,6 mm), který byl získán misí Chang’e 5 v roce 2020. Jednalo se o třetí čínskou robotickou misi na měsíční povrch a první návrat vzorku z Měsíce. Ze získaných spekter zjistili, že v části vzorku bohaté na uhlík se nachází sloučenina železa, která úzce souvisí se vznikem grafenu.

Po další analýze pomocí pokročilých mikroskopických a mapovacích technologií potvrdili, že uhlík ve vzorku jsou grafenové vločky o tloušťce dvou až sedmi vrstev. Pokud jde o to, jak se tam dostal, tým navrhl, že grafen mohl vzniknout v období vulkanické činnosti na počátku historie Měsíce, kdy byl ještě geologicky aktivní.

Dále předpokládají, že grafen byl katalyzován slunečním větrem, který vyvrátil měsíční regolit a jeho minerály obsahující železo, což mohlo přispět k přeměně atomové struktury uhlíku. Připouštějí také možnost dopadu meteoritů, které rovněž vytvářejí vysokoteplotní a vysokotlaké prostředí podobné vulkanické činnosti. Jak uvádějí ve své práci:

„Grafen je usazen jako jednotlivé vločky nebo je tvořen jako součást uhlíkového obalu, který obklopuje minerální částice. Náš výsledek odhaluje jednu typickou strukturu autochtonního uhlíku na Měsíci a byl navržen mechanismus jeho vzniku. Tento objev může nově přispět k pochopení chemických složek, geografických epizod a historie Měsíce.“

Tyto poznatky by mohly mít obrovský dopad i na výzkum zde na Zemi, kde se grafen zkoumá pro nejrůznější aplikace od elektroniky a mechaniky až po materiálové vědy. Jak uvádějí ve své studii, tato studie by mohla vést k novým metodám levné výroby tohoto materiálu a nabídnout další možnosti pro průzkum Měsíce:

    „Identifikace grafenu ve struktuře jádro-plášť naznačuje, že se jedná o proces syntézy zdola nahoru, nikoli o exfoliaci, která obvykle zahrnuje vysokoteplotní katalytickou reakci. Proto je zde navržen mechanismus vzniku několikavrstvého grafenu a grafitického uhlíku…

    „Minerálně katalyzovaná tvorba přírodního grafenu zase vrhá světlo na vývoj levných škálovatelných technik syntézy vysoce kvalitního grafenu. Proto může být podpořen nový program průzkumu Měsíce a lze očekávat některé nadcházející průlomové objevy.“

Tyto poznatky by mohly být užitečné i pro budoucí mise, které povedou k vybudování trvalé infrastruktury na povrchu Měsíce. Patří sem i program NASA Artemis, jehož cílem je vytvořit „trvalý program průzkumu a rozvoje Měsíce“. Existuje také iniciativa ESA týkající se Měsíční vesnice a plán Číny a Ruska na vybudování Mezinárodní lunární výzkumné stanice (ILRS). Kromě průzkumu a vědeckého výzkumu by tyto programy mohly provádět experimenty s vlastnostmi a využitím grafenu, což by mohlo zahrnovat i výrobu lunárních habitatů!

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: eurekalert.org, academic.oup.com