L'étape d'ascension du module lunaire avec les astronautes marchant sur la lune Neil Armstrong et Edwin Aldrin Jr. s'approche pour un rendez-vous avec le module de commande Apollo dirigé par l'astronaute Michael Collins. Crédit :NASA
Les humains n'ont pas eu beaucoup d'occasions de travailler sur la lune. Les 12 astronautes d'Apollo qui ont pu explorer sa surface ont totalisé 80 heures de temps de découverte. De leurs brèves rencontres, et à partir d'analyses approfondies d'échantillons d'Apollo et de météorites lunaires trouvés sur Terre, les scientifiques ont appris presque autant que possible pour en savoir plus sur l'environnement lunaire sans trop de contact avec la surface. Maintenant, pour la première fois depuis un demi-siècle, Les missions Artemis de la NASA permettront aux scientifiques et aux ingénieurs d'examiner la surface de près. Cela nous apprendra comment nous déplacer en toute sécurité sur le sol lunaire, connu sous le nom de régolithe; comment construire une infrastructure par-dessus ; et comment assurer la sécurité des humains dans l'espace. Les techniques que les scientifiques développeront sur la lune permettront aux humains d'explorer de manière sûre et durable des destinations plus lointaines, comme Mars.
Voici quelques choses que nous apprendrons en passant du temps à la surface de la lune :
Dans quelle mesure contaminons-nous la surface lorsque nous atterrissons dessus ?
Alors qu'un vaisseau spatial descend à la surface lunaire, il le pulvérise avec de l'eau et d'autres gaz qui sont libérés lorsque le véhicule pousse ses moteurs pour se ralentir pour un atterrissage en douceur. Pour les astronautes qui répertorieront les approvisionnements en eau locaux, ces contaminants terrestres rendront difficile la distinction entre l'eau de lune authentique et l'eau provenant des gaz d'échappement de leur véhicule. Cela pourrait également brouiller les analyses chimiques de la surface lunaire et de son atmosphère super mince, qui s'appelle une exosphère.
Pour protéger l'exactitude de la science en surface, de nombreux scientifiques construisent des modèles informatiques et des expériences de laboratoire qui peuvent aider à prédire comment les gaz d'échappement de nos engins spatiaux affecteront l'environnement lunaire. Par exemple, Parvathy Prem, un scientifique planétaire au laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins à Laurel, Maryland., conçoit un logiciel qui simule ce qui se passe lorsqu'un véhicule rejette des gaz étrangers sur la lune.
Un concept d'artiste de 1969 représentant le module lunaire Apollo 11 descendant à la surface de la lune. Sans atmosphère, les gaz d'échappement du véhicule se dilatent considérablement. Crédit :NASA/JSC
Ses simulations montrent que les gaz d'échappement d'un petit vaisseau spatial – de la taille de l'atterrisseur chinois Chang'e-3 sans équipage – projetteraient environ 661 livres (300 kilogrammes) d'eau et d'autres gaz à plusieurs kilomètres du site d'atterrissage. Pour un plus lourd, véhicule d'atterrissage à taille humaine, cette zone serait probablement beaucoup plus large et pourrait obliger les astronautes à s'aventurer à plusieurs kilomètres de leur base pour de nouveaux échantillons de sol lunaire. (Les astronautes Apollo se sont aventurés à quelques centaines de mètres ou à des dizaines de kilomètres du module de commande pour cette même raison.)
Maintenant, Prem développe de nouvelles simulations pour comprendre ce qui arrive à l'eau après sa libération dans l'environnement lunaire. S'attarde-t-il dans l'exosphère puis souffle-t-il dans l'espace ? S'installe-t-il dans le régolithe, ou ses molécules sautillent-elles à la surface ? "Nous essayons de construire un ensemble de solutions dans lesquelles nous supposons différentes choses sur les interactions entre les molécules d'eau et la surface de la lune, " dit Prem, "pour que la prochaine fois que nous puissions observer un atterrissage et prendre des mesures, nous aurons cet ensemble de solutions que nous avons développées et nous serons en mesure de voir laquelle correspond le mieux pour déterminer rapidement ce qui se passe."
Prem fait partie d'une équipe du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, qui enverra un instrument dans les prochaines années sur l'un des atterrisseurs commerciaux Lunar Payload Services de la NASA pour enquêter sur ces questions. L'équipe rassemblera des informations qui informeront non seulement l'exploration de la lune, mais aussi la façon dont les scientifiques prélèveront les futurs échantillons d'astéroïdes, Mars et autres corps. "On ne va pas pouvoir éviter la contamination, " dit Prem, « Mais nous devons savoir dans quelle mesure cela se produit afin que nous puissions en tenir compte. »
Une animation de l'une des simulations de Prem montrant où la vapeur d'eau libérée par un vaisseau spatial passe au cours de 65 secondes pendant la descente. L'atterrissage est supposé être à 70 degrés de latitude sud, 7h00 heure locale lunaire, lorsque la température de surface est d'environ 200 kelvins (moins 99,67 F, moins 73,15 C). Le vaisseau spatial est trop petit pour être vu à cette échelle, mais il est situé dans la partie bleue la plus foncée du nuage de vapeur. La largeur de la scène est d'environ 19 miles (30 kilomètres). Le bleu représente l'eau qui est au-dessus de la surface (dans l'exosphère); le gris est l'eau qui se dépose à la surface. Actuellement, Prem modélise uniquement la vapeur d'eau (environ 220 livres, ou 100 kilogrammes) qui est libéré d'un véhicule de la taille de l'atterrisseur chinois Chang'e-3 sans équipage. L'eau représente environ un tiers de la masse totale des gaz libérés lors de la descente. Crédit :Parvathy Prem
Comment travailler avec de la terre qui se comporte comme de la farine de boulangerie
Imaginez que vous enfoncez une cuillère à mesurer dans de la farine à pâtisserie. Regolith ressent quelque chose comme ça. Le régolithe est le plus comparable au sable de la Terre, qui est fait de roches broyées par le vent, pluie et autres éléments. Mais chaque grain de sable est enveloppé de molécules d'air qui ajoutent de l'espace entre elles. Puisqu'il n'y a pas d'air sur la lune, le régolithe est plus cohésif, ce qui signifie que ses grains se collent les uns aux autres comme ceux de la farine de boulangerie.
Connaître les propriétés du régolithe est important dans la conception des missions sur la lune. Si les véhicules doivent parcourir de longues distances sur la surface, et si les astronautes doivent creuser du régolithe pour construire des infrastructures, les scientifiques et les ingénieurs doivent savoir comment les équiper au mieux, dit Christine Hartzell, un professeur d'ingénierie aérospatiale à l'Université du Maryland à College Park qui étudie le régolithe sur la lune et sur les astéroïdes, dont Bennu, où la sonde spatiale OSIRIS-REx est actuellement en orbite.
"Si vous concevez quelque chose pour conduire sur la plage, vous concevez des pneus très épais car ils doivent composer avec du sable compressible et qui se déplace sous la roue. Mais vous concevriez des pneus étroits pour un vélo de route car il roule sur une surface vraiment dure et uniforme, " note-t-elle. " Sur la lune, nous devons savoir si nous allons rouler sur une surface de gravier ou sur une dune de sable."
Une vue rapprochée d'un pied et d'un échantillonneur de surface avec pelle (bras, hors cadre) sur la sonde Surveyor 3, qui a été photographié par les astronautes d'Apollo 12 lors de leur deuxième activité extravéhiculaire (EVA) sur la lune. Le module lunaire Apollo 12, avec les astronautes Charles Conrad Jr. et Alan L. Bean à bord, a atterri dans l'océan des tempêtes à seulement 600 pieds de Surveyor 3. Le vaisseau spatial sans équipage s'est posé en douceur sur la lune le 19 avril, 1967. Notez l'empreinte dans le sol lunaire qui a été causée lorsque le Surveyor 3 a rebondi lors de l'atterrissage. Crédit :NASA
Le régolithe est fait de roches meubles, cailloux et poussière, et il couvre toute la lune. Il se distingue du sable de plusieurs manières, en plus de la cohésion :Contrairement au sable, qui s'arrondit au fil des éons par le vent et l'eau, deux phénomènes qui n'existent pas sur la lune sans air et sèche, les grains de sol lunaire sont pointus, pointu et potentiellement abrasif pour les combinaisons spatiales et l'équipement.
le sol lunaire devient également chargé électrostatiquement par les particules solaires qui s'écrasent sur la surface de la lune. Cela le fait coller à l'équipement, semblable à la façon dont les vêtements peuvent coller ensemble lorsque vous les sortez de la sécheuse. En réalité, il reste encore du régolithe collé aux combinaisons spatiales des missions Apollo.
Les astronautes se déplaçant à la surface peuvent également amplifier les forces électrostatiques, semblable à quelqu'un qui accumule de l'électricité statique après avoir traîné sur un sol recouvert de moquette. Leur activité peut faire léviter les particules de poussière de la surface jusqu'à 10 mètres (33 pieds), Estimations Hartzell.
Si les astronautes doivent rencontrer des nuages de poussière collante, les scientifiques et les ingénieurs doivent être prêts à faire face à cela, elle dit :« Nous voulons savoir ce qu'il advient de la poussière une fois qu'elle cesse de léviter. Si elle se dépose, ça gomme la mécanique d'un véhicule lunaire ? Est-ce qu'il se dépose sur les instruments optiques et rend ensuite tout trouble?" L'exploration robotique de la surface dans les années à venir aidera les scientifiques à répondre à certaines de ces questions en vue de l'envoi d'astronautes.
Il s'agit d'une photo de particules de régolithe collectées à la surface de la Lune pendant l'ère Apollo. Ce sont des fragments de roche volcanique, et ils contiennent beaucoup d'un minéral appelé plagioclase, qui est riche en calcium et en aluminium. Crédit :Natalie Curran/NASA
Combien d'eau il y a et où
Au cours de la dernière décennie, les instruments du Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA et d'autres engins spatiaux ont retourné des preuves d'eau sur la lune. L'eau liquide n'est pas stable à la surface de la lune, mais il existe des preuves de molécules d'eau qui rebondissent à la surface et dans l'atmosphère; glace d'eau aux pôles; et de très petites quantités d'eau piégées à l'intérieur de la structure de certaines roches et minéraux de la lune.
Quelle que soit sa forme, l'eau est critique. Les astronautes d'Artemis en auront besoin pour boire et pour ses composants, oxygène et hydrogène, qui sera utilisé pour respirer et pour fabriquer du carburant de fusée pour les voyages dans l'espace lointain.
Les réserves d'eau lunaires les plus prometteuses semblent se trouver dans les cratères ombragés en permanence aux pôles, qui sont parmi les endroits les plus froids du système solaire et, Donc, bon pour préserver des choses comme l'eau, les scientifiques attendent. Cette, en plus de l'ensoleillement abondant, C'est pourquoi le pôle Sud de la lune est la région cible d'une mission humaine Artemis.
Le défi est que, pour la plupart, les instruments de télédétection peuvent détecter l'eau, ou ses composants chimiques, dans une couche relativement peu profonde de la surface. Cela soulève la question de savoir si c'est toute l'eau disponible pour les humains ou si ce n'est que la pointe de l'iceberg. Les astronautes d'Artemis devront creuser sous la surface pour le découvrir.
