Le concept d'un artiste de 1969 représente un module lunaire descendant à la surface de la Lune. En raison de l'atmosphère très mince de la Lune, l'échappement se dilate considérablement et peut rester dans l'atmosphère pendant des mois. Crédit :NASA/Johnson Space Center
Une nouvelle étude dirigée par des scientifiques du Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) à Laurel, Maryland, montre que les gaz d'échappement d'un atterrisseur lunaire de taille moyenne peuvent se propager rapidement autour de la Lune et potentiellement contaminer les glaces scientifiquement vitales aux pôles lunaires.
Simulations informatiques de la vapeur d'eau émise par un 2, 650 livres (1, L'atterrisseur de 200 kilogrammes) - environ un quart de la masse sèche du module lunaire Apollo - atterrissant près du pôle sud de la Lune a montré que l'échappement ne prend que quelques heures pour se disperser autour de la Lune entière. De 30% à 40% de la vapeur persistait dans l'atmosphère lunaire et à la surface deux mois plus tard, et environ 20 % finiraient par geler près des pôles quelques mois plus tard.
Ces résultats, publié en ligne le 11 août dans le Journal de recherche géophysique :planètes, montrent que l'intérêt des chercheurs pour l'étude des glaces indigènes dans les cratères polaires de la Lune - des glaces qui peuvent dater de plusieurs milliards d'années - devra être soigneusement pris en compte lors des efforts accrus pour ramener les humains sur la Lune.
La gestion des gaz d'échappement des engins spatiaux sur la Lune n'est pas un problème nouveau. Les chercheurs ont apprécié ce problème lors des missions Apollo de la NASA dans les années 60 et 70, lorsqu'ils ont développé les premiers modèles pour prédire la propagation des gaz d'échappement dans l'atmosphère lunaire et la contamination de la surface.
"L'échappement pendant la mission Apollo n'a pas compliqué les mesures de la même manière qu'il le pourrait maintenant, " a déclaré Parvathy Prem, chercheur à l'APL et auteur principal de l'étude.
Simulation montrant comment la vapeur d'eau des gaz d'échappement d'un atterrisseur se répand dans l'atmosphère de la Lune (nuances de bleu et de rouge, les tons plus chauds étant plus denses) et sur toute sa surface (nuances de violet, les tons plus clairs étant plus denses) en 24 heures. Les gaz d'échappement d'un site d'atterrissage près du pôle sud de la Lune ne prennent que quelques heures pour se propager à l'autre pôle. Crédit :Johns Hopkins APL
A l'époque d'Apollon, la plupart de l'intérêt était dans la collecte d'échantillons lunaires. Même si c'est encore vrai aujourd'hui, la découverte plus récente de glaces conservées dans des cratères ombragés en permanence près des pôles lunaires a déplacé l'intérêt scientifique vers la compréhension de l'origine et de la dispersion de l'eau et d'autres molécules volatiles à la surface de la Lune et dans sa fine atmosphère.
"Ce sont quelques-uns des seuls endroits où l'on peut trouver des traces de l'origine de l'eau dans le système solaire interne, ", a déclaré Prem. La lecture de cet enregistrement nécessite de mesurer la composition de ces glaces ainsi que leurs divers isotopes pour en déduire d'où elles viennent probablement et comment elles peuvent s'y être rendues. Gaz d'échappement gelés provenant de l'exploration robotique ou humaine qui s'accumulent sur ces glaces pourrait confondre ces mesures, même si l'atterrisseur atterrit à des centaines de kilomètres.
"Ce qui est intéressant dans le travail de Parvathy, c'est qu'il montre très bien que l'effet, bien que petit et temporaire, est mondial, " a déclaré Dana Hurley, un planétologue à l'APL et co-auteur de l'étude.
Les organisations spatiales peuvent s'attendre à ce que les gaz volatils recouvrent considérablement la surface lunaire à plus de 100 kilomètres du site d'atterrissage.
L'échappement des résidus finit par s'estomper, mais Hurley souligne que les plans actuels d'exploration lunaire humaine signifient que cela se produira plus fréquemment et avec des atterrisseurs beaucoup plus lourds.
Image montrant la distribution des glaces de surface (représentées par des points bleus) au pôle sud de la Lune (à gauche) et au pôle nord (à droite), détecté par l'instrument Moon Mineralogy Mapper de la NASA. L'échelle de gris dans cette image représente la température, avec plus sombre étant plus froid, montrant que les glaces sont concentrées dans les endroits les plus sombres et les plus froids, les ombres du cratère. Crédit :NASA
"Les résultats de cette étude expliquent le besoin critique de mener les recherches que nous voulons faire sur l'atmosphère lunaire et les dépôts volatils alors qu'ils sont relativement vierges, " a déclaré Hurley.
Prem prévient que le modèle n'est pas infaillible. L'une de ses limitations les plus importantes est qu'elle suppose le degré auquel l'eau interagit et "colle" à la surface lunaire, ce qui est encore incertain mais d'un grand intérêt pour comprendre avec quelle facilité l'eau est transportée autour de la Lune. Le modèle ne suit également que la vapeur d'eau, qui comprend environ un tiers de la composition de l'échappement de la plupart des atterrisseurs. D'autres molécules d'échappement, comme l'hydrogène, ammoniac et monoxyde de carbone, peuvent se comporter différemment et peut-être persister encore plus longtemps.
Les travaux de suivi devraient inclure la mesure de la quantité d'échappement autour de la Lune pendant et après les futurs atterrissages, Prem a dit, ce qui aiderait à préciser la réponse à combien ces gaz d'échappement "collent" à la surface. "Mais je suggérerais également que la modélisation et la surveillance du devenir des gaz d'échappement devraient faire partie intégrante du développement et de la planification de la mission lunaire."
Les discussions sur l'atténuation des gaz d'échappement ne font que commencer, Prem a expliqué.
En janvier, La NASA a finalisé 16 charges utiles de démonstration scientifique et technologique qu'elle avait sélectionnées pour être livrées sur la Lune via le programme Artemis, y compris les altérations de l'exosphère de surface par les Landers (SEAL), un instrument qui étudiera la réponse chimique de la surface lunaire lors d'un atterrissage ainsi que tout contaminant qui aurait pu être injecté.
"Que nous ayons l'intention ou non, nous allons faire cette expérience d'apporter des gaz d'échappement avec nous, " a déclaré Prem. Il s'agit maintenant de décider comment nous les traitons.
