Lądowanie na Księżycu utrudni badanie złóż lodu

 

Kiedy astronauci powrócą na Księżyc w ciągu następnych kilku lat (w ramach Projektu Artemis), będą badać lokalizacje i zasoby wokół Bieguna Południowego - basenu Aitken, które ostatecznie pomogą im tam pozostać. W tym pokrytym kraterami stale zacienionym regionie znaleziono lód wodny, który pewnego dnia może być zbierany do picia wody, nawadniania oraz wytwarzania tlenu, gazu i paliw rakietowych.

Krytycznym aspektem planowania dla wszystkich jest rozważenie, jak przyszłe misje mogą wpłynąć na lokalne środowisko. Na podstawie nowych badań przeprowadzonych przez zespół planetologów i inżynierów, głównym zagrożeniem jest skażenie lądowników księżycowych. Krótko mówiąc, spaliny z tych pojazdów mogą rozprzestrzeniać się po Księżycu i skazić lody, które astronauci mają nadzieję zbadać.

Badanie opisujące ich odkrycia, które niedawno ukazało się w Journal of Geophysical Research: Planets . Zespołowi przewodzili Parvathy Prem i Dana Hurley, dwaj planetolodzy z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL), do których dołączyli inżynierowie lotniczy i mechanicy David Goldstein i Philip Varghese z University of Texas w Austin.

Dane dotyczące wysokości Księżyca przedstawiające basen na biegunie południowym i Aitken. Źródło: NASA / GSFC / University of Arizona

Opierając się na serii symulacji komputerowych, zespół odkrył, że para wodna emitowana przez lądownik o masie 1200 kg (2650 funtów), który wylądował w pobliżu Bieguna Południowego-Basenu Aitken, generowałaby spaliny, których rozproszenie po całym Księżycu zajęłoby tylko kilka godzin. Następnie odkryli, że 30 do 40% oparów utrzymywałoby się w atmosferze przez dwa miesiące, a około 20% zamarzałoby w pobliżu biegunów kilka miesięcy później.

Te obawy nie są nowe. W erze Apollo w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych XX wieku naukowcy z NASA opracowali wczesne modele do przewidywania, w jaki sposób spaliny wytwarzane przez ich lądowniki mogą rozprzestrzeniać się w atmosferze i zanieczyszczać powierzchnię. Jednak nie był to aż tak istotny problem, ponieważ NASA była wtedy nastawiona na uzyskanie próbek skały księżycowej.

To samo dotyczy misji Artemidy, ale ważniejszym celem są lody, które są zachowane w stale zacienionych kraterach w pobliżu biegunów księżycowych. Oprócz tego, że są potencjalnym źródłem wody dla przyszłych misji i eksploracji, badanie tych lodów może również rzucić światło na pochodzenie wody i innych lotnych związków na powierzchni Księżyca. Jak wyjaśnił Prem :

„Wyczerpanie podczas misji Apollo nie komplikowało pomiarów w taki sam sposób, jak teraz… [Księżycowe bieguny] to tylko niektóre miejsca, w których możemy znaleźć ślady pochodzenia wody w wewnętrznym Układzie Słonecznym”.

Symulacja pokazująca, jak para wodna ze spalin lądownika rozprzestrzenia się w atmosferze Księżyca i po jego powierzchni w ciągu 24 godzin. Źródło: Johns Hopkins APL

Innymi słowy, lód wokół południowego regionu polarnego Księżyca jest jak zapis geologiczny planety. Aby odczytać ten zapis, naukowcy będą musieli zmierzyć skład pokładów lodu na Księżycu i określić różne obecne izotopy. To powie im, gdzie prawdopodobnie utworzył się lód w Układzie Słonecznym i jak został przetransportowany na Księżyc.

Zamrożone spaliny z misji bezzałogowych i załogowych mogą zmylić te pomiary, nawet jeśli misje wylądują ponad 100 km (60 mil) od złóż lodu. Podczas gdy spaliny z przeszłościi w końcu zanikają, obecne plany eksploracji Księżyca wymagają częstszych podróży na powierzchnię i z powrotem. Oznacza to, że zanieczyszczenie spalinami będzie się zdarzało częściej i przy znacznie cięższych lądownikach. Jak wyjaśnił Hurley :

„Ciekawą rzeczą dotyczącą pracy Parvathy jest to, że bardzo dobrze pokazuje, że efekt, choć niewielki i tymczasowy, ma charakter globalny… Wyniki tego badania wskazują na krytyczną potrzebę przeprowadzenia badań, które chcemy przeprowadzić na temat księżycowej atmosfery i lotnych złóż, podczas gdy są stosunkowo nieskazitelne ”.

Jednak model ma pewne ograniczenia, którymi trzeba będzie się zająć, zanim astronauci zaczną wracać na powierzchnię Księżyca. Najbardziej znaczący jest fakt, że zakłada on stopień, w jakim woda oddziałuje z powierzchnią Księżyca, co jest nadal niepewne, ale kluczowe dla ustalenia, w jaki sposób para wodna jest transportowana po powierzchni.

Ilustracja artysty przedstawiająca potencjalny lądownik księżycowy Project Artemis. Źródło: NASA

Model jest również ograniczony przez fakt, że śledzi tylko parę wodną, ​​która stanowi zaledwie jedną trzecią tego, co większość lądowników emituje w spalinach. Pozostała część składa się z wodoru, amoniaku, tlenku węgla i innych związków wytwarzanych podczas spalania ciekłego tlenu (LOX), ciekłego wodoru i innych gazów pędnych. Mogą one zachowywać się inaczej i trwać dłużej w środowisku księżycowym, co wymaga dodatkowych badań.

Jest to coś, co Prem i jej koledzy zdecydowanie zalecają, a nawet opowiadają się za tym, aby zostało to uwzględnione w przyszłych misjach. „Ale sugerowałbym również, że modelowanie i monitorowanie losu gazów spalinowych powinno być rutynową częścią opracowywania i planowania misji księżycowych” - powiedziała. 

Biorąc pod uwagę tempo, w jakim NASA pracuje nad projektem Artemis, można przypuszczać, że dotrzyma terminu 2024 r., Badania te rozpoczną się wkrótce. W styczniu NASA sfinalizowała 16 ładunków naukowych i technologicznych, które lądownik księżycowy miałby przetransportować na powierzchnię. Jedna z tych misji jest znana jako Surface Exosphere Alterations by Landers (SEAL) i ma na celu zbadanie chemicznych skutków lądowania na powierzchni Księżyca.

 Badania te ostatecznie pomogą w realizacji jednego z największych celów naukowych Artemidy, jakim jest określenie sposobu dystrybucji wody w Układzie Słonecznym miliardy lat temu. Zapewni również wgląd w to, jak statki kosmiczne zmieniają środowiska planetarne, co pomoże w informowaniu przyszłych misji na Marsa - gdzie naukowcy będą szukać dowodów na przeszłe i obecne życie.

Jeśli mamy nadzieję odkryć sekrety tego, jak i gdzie pojawiło się życie w Układzie Słonecznym, musimy przestrzegać zmodyfikowanej zasady kempingu: zostaw miejsce tak dziewicze, jak je zastałeś!