Als een kameleon van de nachtelijke hemel, de maan verandert vaak van uiterlijk. Het lijkt misschien groter, helderder of roder, bijvoorbeeld, vanwege de fasen, zijn positie in het zonnestelsel of rook in de atmosfeer van de aarde. (Het is niet gemaakt van groene kaas, echter.)

Een andere factor in het uiterlijk is de grootte en vorm van maanstofdeeltjes, de kleine rotskorrels die het maanoppervlak bedekken. Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) meten nu kleinere maanstofdeeltjes dan ooit tevoren, een stap in de richting van een preciezere verklaring van de schijnbare kleur en helderheid van de maan. Dit kan op zijn beurt helpen bij het verbeteren van het volgen van weerpatronen en andere fenomenen door satellietcamera's die de maan als kalibratiebron gebruiken.

NIST-onderzoekers en medewerkers hebben een complexe methode ontwikkeld voor het meten van de exacte driedimensionale vorm van 25 deeltjes maanstof verzameld tijdens de Apollo 11-missie in 1969. Het team omvat onderzoekers van het Air Force Research Laboratory, het Space Science Institute en de Universiteit van Missouri-Kansas City.

Deze onderzoekers bestuderen al enkele jaren maanstof. Maar zoals beschreven in een nieuw tijdschriftartikel, ze hebben nu X-ray nano computertomografie (XCT), waardoor ze de vorm van deeltjes met een lengte van slechts 400 nanometer (miljardste van een meter) konden onderzoeken.

Het onderzoeksteam ontwikkelde een methode voor het meten en computationeel analyseren van hoe de stofdeeltjes het licht verstrooien. Vervolgstudies zullen veel meer deeltjes omvatten, en hun vorm duidelijker te koppelen aan lichtverstrooiing. Onderzoekers zijn vooral geïnteresseerd in een functie genaamd "albedo, " moonspeak voor hoeveel licht of straling het reflecteert.

Het recept voor het meten van het nanostof van de maan is ingewikkeld. Eerst moet je het met iets mengen, alsof je een omelet bakt, en draai het dan uren op een stokje als een rotisserie-kip. Ook rietjes en kleermakersspelden zijn erbij betrokken.

"De procedure is ingewikkeld omdat het moeilijk is om zelf een klein deeltje te krijgen, maar je moet veel deeltjes meten voor goede statistieken, omdat ze willekeurig zijn verdeeld in grootte en vorm, " zei NIST-collega Ed Garboczi.

"Omdat ze zo klein zijn en omdat ze alleen in poeders komen, een enkel deeltje moet worden gescheiden van alle andere, " vervolgde Garboczi. "Ze zijn te klein om dat met de hand te doen, althans niet in enige hoeveelheid, dus ze moeten zorgvuldig worden verspreid in een medium. Het medium moet ook hun mechanische beweging bevriezen, om goede XCT-beelden te kunnen maken. Als er enige beweging van de deeltjes is tijdens de uren van de XCT-scan, dan zijn de afbeeldingen erg wazig en over het algemeen niet bruikbaar. De uiteindelijke vorm van het monster moet ook compatibel zijn met het krijgen van de röntgenbron en camera dicht bij het monster terwijl het roteert, dus een smalle rechte cilinder is het beste."

De procedure omvatte het roeren van het Apollo 11-materiaal in epoxy, die vervolgens over de buitenkant van een klein rietje werd gedruppeld om een ​​dun laagje te krijgen. Kleine stukjes van deze laag werden vervolgens uit het stro gehaald en op kleermakersspelden gemonteerd, die in het XCT-instrument werden ingebracht.

De XCT-machine genereerde röntgenfoto's van de monsters die door software in plakjes werden gereconstrueerd. NIST-software stapelde de plakjes in een 3D-beeld en converteerde het vervolgens naar een formaat dat eenheden van volume classificeerde, of voxels, als binnen of buiten de deeltjes. De 3D-deeltjesvormen werden computationeel geïdentificeerd op basis van deze gesegmenteerde afbeeldingen. De voxels waaruit elk deeltje bestaat, werden opgeslagen in afzonderlijke bestanden die werden doorgestuurd naar software voor het oplossen van elektromagnetische verstrooiingsproblemen in het zichtbare tot het infrarode frequentiebereik.

De resultaten gaven aan dat de kleur van het licht dat door een maanstofdeeltje wordt geabsorbeerd, zeer gevoelig is voor zijn vorm en aanzienlijk kan verschillen van die van sferische of ellipsvormige deeltjes van dezelfde grootte. Dat zegt de onderzoekers nog niet zo veel.

"Dit is onze eerste blik op de invloed van werkelijke vormen van maandeeltjes op lichtverstrooiing en richt zich op enkele fundamentele deeltjeseigenschappen, "Co-auteur Jay Goguen van het Space Science Institute zei. "De hier ontwikkelde modellen vormen de basis van toekomstige berekeningen die waarnemingen van het spectrum zouden kunnen modelleren, helderheid en polarisatie van het maanoppervlak en hoe die waargenomen hoeveelheden veranderen tijdens de fasen van de maan."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NIST. Lees hier het originele verhaal.