Peneliti China menemukan sesuatu yang mengejutkan pada debu yang dibawa kembali oleh misi eksplorasi Bulan Chang’e-5. Temuan itu berupa lapisan tipis karbon yang disebut graphene atau grafena.
Sidik jari spektral tersebut cocok dengan grafena multilapis, kisi karbon yang ditumpuk setebal dua hingga sepuluh atom. Penulis utama Wei Zhang dari Universitas Jilin mengatakan temuan ini dapat membentuk kembali gagasan tentang kelahiran Bulan dan memandu rencana sumber daya bagi kru eksplorasi di masa mendatang.
Studi ini menandai konfirmasi pertama keberadaan grafena alami beberapa lapis dalam material Bulan, dan membuka pertanyaan baru tentang bagaimana karbon berperilaku di permukaan planet yang hampa udara.
Sampel Apollo tidak menunjukkan banyak karbon, sehingga para ilmuwan lama meyakini Bulan itu kering dan terbentuk dari tabrakan hebat dengan Bumi purba.
Namun gagasan itu mulai berubah pada 2020, ketika pesawat ruang angkasa Kaguya milik Jepang menemukan kebocoran karbon dari hampir setiap bagian permukaan Bulan.
Karbon membentuk kimia vulkanik dan bahan bakar potensial, sehingga mengonfirmasi keberadaannya mengubah perdebatan akademis dan perencanaan misi.
Insinyur Bulan merancang pabrik oksigen yang akan membuang karbon, tetapi kimia tanah yang lebih kaya mengundang pabrik yang mengubahnya menjadi plastik atau gas pendukung kehidupan.
Sidik jari karbon membantu melacak asal-usul suatu benda karena unsur tersebut menguap dalam tumbukan panas namun tetap bertahan dari akresi yang lebih tenang. Menemukannya dalam kondisi terawetkan mempersempit rentang suhu dan garis waktu yang pasti telah membentuk Bulan muda.
Chang’e-5 mengumpulkan sekitar 1,5 kg tanah Bulan dari wilayah bernama Oceanus Procellarum. Kembali ke Bumi, tim Zhang memeriksa butiran kecil tanah tersebut menggunakan laser khusus yang tidak merusak material tersebut.
Hasilnya menunjukkan tanda-tanda jelas lapisan karbon yang terbentuk dengan baik, dengan pola yang sesuai dengan harapan para ilmuwan dari grafena berkualitas tinggi. Sinyal samar juga menunjukkan bahwa lapisan-lapisan tersebut sebagian besar bebas dari kerusakan atau cacat.
Analisis laser mengungkapkan pita D samar bersama dengan pita G dan 2D yang kuat, suatu pola yang menunjukkan lapisan karbon berkualitas tinggi yang tersusun dalam struktur seperti grafit.
Gambar terperinci yang diambil dengan perbesaran sangat tinggi mengonfirmasi bahwa material tersebut mengandung tumpukan dua hingga tujuh lapisan tipis, yang berjarak sekitar 0,35 nanometer, persis seperti grafit yang ditemukan di Bumi.
Nanopartikel pembawa besi terselip di samping setiap tumpukan, sebuah petunjuk bahwa katalis logam membantu menyusun karbon selama peristiwa pemanasan singkat. Struktur cangkang inti serupa telah muncul pada meteorit, memperkuat jalur katalitik.
Bulan tidak memiliki atmosfer tebal, dan tanahnya terus menerus menghadapi proton angin Matahari yang bergerak dengan kecepatan sekitar 402 km per info. Ion-ion tersebut memutus ikatan, melepaskan atom, dan dapat memicu kilatan plasma yang sesaat memanaskan debu.
Tim Zhang berpikir bahwa gas karbon yang dibawa oleh angin Matahari menempel pada debu panas yang kaya zat besi dan perlahan membentuk lapisan grafena.
Letusan gunung berapi purba di area tersebut mungkin membuat benda-benda tetap panas cukup lama untuk menciptakan lapisan yang lebih tebal.
Pekerjaan laboratorium menunjukkan grafena dapat tumbuh pada besi pada suhu serendah 400 derajat Celcius, sesuai dengan kondisi Bulan.
Makalah tersebut menjelaskan bahwa cara mineral ini membantu membentuk grafena alami yang dapat mengarah pada metode baru yang terjangkau untuk memproduksi grafena berkualitas tinggi dalam skala yang lebih besar.
Keberadaan nitrogen, sulfur, dan molibdenum dalam butiran yang sama menunjukkan adanya lalu lintas kimia yang kompleks, alih-alih kilatan tumbukan tunggal. Mosaik tersebut mungkin menyimpan rangkaian peristiwa yang menunggu untuk diuraikan butir demi butir.
Hipotesis tumbukan raksasa klasik menyatakan benda seukuran Mars menghantam Bumi sekitar 4,51 miliar tahun lalu, melontarkan batuan mantel yang kemudian mendingin menjadi Bulan yang miskin karbon.
Grafena di dalam basalt muda melemahkan bagian cerita yang miskin karbon karena sumber aslinya pasti telah bertahan atau terakumulasi lama setelah kelahiran yang berapi-api.
Salah satu alternatif membayangkan penumpukan debu secara perlahan di dalam orbit Bumi, yang secara alami akan memerangkap karbon. Alternatif lain mempertahankan dampak besar tersebut, tetapi menunjukkan bahwa uap yang dihasilkan kemudian mengakresi kembali karbon angin Matahari selama fase samudra magma yang berkepanjangan.
Para penulis menyatakan bahwa temuan mereka menunjukkan Bulan mungkin masih menyerap karbon, yang dapat mengubah cara ilmuwan memahami susunan dan sejarahnya.
Misi masa depan yang mengumpulkan sampel yang lebih dalam dapat membantu menentukan apakah proses ini hanya terjadi di permukaan atau di seluruh Bulan.
Graphena menonjol karena kekuatan dan kecakapan kelistrikannya, sehingga para penambang melihat nilai dalam memanennya bersama oksigen yang ditarik dari regolith cair. Lembaran yang ketebalannya hanya beberapa atom dapat memperkuat perisai radiasi, melapisi elektroda superkapasitor, atau menyaring air di dalam habitat Bulan di masa-masa awal.
Karena materialnya terbuat dari besi, skema ekstraksi mungkin menggabungkan pemisahan magnetik dengan sonikasi lembut untuk mengelupas serpihan tanpa harus mengangkut peralatan rapuh dari Bumi.
Membuat material yang dibutuhkan langsung di Bulan, dapat menghindari biaya tinggi dan tantangan pengiriman karbon nanotube atau plastik dari Bumi. Zhang dan timnya berencana menyelidiki sifat mekanis dan termal lembaran alami untuk menilai apakah mereka dapat menyaingi analog yang tumbuh di laboratorium. Setiap titik data tambahan akan mendorong berkembangnya program pengembalian sampel multinasional yang memetakan karbon dalam tiga dimensi.
