Crédit :CNSA
31 janvier 2021, marquera 50 ans depuis le lancement d'Apollo 14. Cette mission historique a été la première à diffuser un signal de télévision couleur depuis la surface de la lune et a marqué le retour héroïque dans l'espace du premier astronaute américain, Alain Shepard, qui a frappé deux balles de golf du régolithe lunaire. Bien que l'importance d'Apollo 14 et du programme Apollo en général ne puisse être surestimée, Shepard n'a passé que deux jours sur la surface lunaire. Le record de la plus longue présence humaine sur la lune, détenu par Eugene Cernan et Harrison Schmitt, est un peu plus de trois jours. Tous les astronautes d'Apollo ont été exposés à des niveaux élevés de rayonnement à la surface de la lune, mais avec des séjours si relativement courts que le risque a été jugé acceptable.
Avec le programme Artemis de la NASA visant à lancer une ère d'habitation humaine à long terme sur la lune, l'exposition prolongée à des radiations intenses constitue une menace sérieuse pour la santé et le bien-être des futurs astronautes. L'une des premières étapes pour atténuer les dangers consiste à développer un ensemble de données décrivant précisément le niveau et la nature du rayonnement. Une recherche publiée en septembre sur la base des données recueillies lors de l'expérience Lunar Lander Neutrons and Dosimetry à bord de l'atterrisseur lunaire robotique chinois Chang'E 4 révèle une mesure à long terme des niveaux de rayonnement sur la surface lunaire. C'est la première fois que des mesures étendues des niveaux de rayonnement sur la lune sont collectées et aideront à éclairer la conception et le blindage des futurs habitats lunaires.
Il a toujours été clair qu'un blindage important contre les rayonnements spatiaux serait nécessaire pour protéger à long terme les habitants de la Lune des effets délétères sur la santé. Une étape importante dans la conception de telles structures consiste à avoir une compréhension approfondie du niveau exact de menace radiative présent. Les données et les recherches associées de Chang'E 4 donnent un aperçu sans précédent de la nature de l'environnement de rayonnement spatial sur la lune. Les lectures de l'engin spatial peuvent être utilisées pour déterminer le débit de dose équivalent, une mesure biologiquement pondérée de la dose de rayonnement dans le temps. Cela produit un résultat de 60 microsieverts par heure. C'est plus de deux fois le niveau de rayonnement que les astronautes à bord de l'ISS font face, cinq à dix fois plus que le rayonnement sur les vols long-courriers, et 200 fois supérieur au rayonnement présent à la surface de la Terre.
Haute résolution du Chang'E 4 chinois sur la surface lunaire prise depuis le rover Yutu-2 associé. Crédit :CNSA
Il existe deux principales sources de rayonnement avec lesquelles les futurs habitants lunaires devront faire face. D'abord, il existe des rayons cosmiques galactiques ou GCR. Ceux-ci sont principalement constitués de particules chargées telles que des protons et des noyaux d'hélium nus, avec environ 1% des GCR étant constitués de noyaux d'éléments plus lourds. Étant donné que les dommages causés par les particules chargées s'échelonnent avec le carré de la charge nucléaire, ces éléments plus lourds peuvent causer des dommages disproportionnés aux tissus humains. Ce rayonnement provient de millions de sources dispersées dans tout le ciel et son niveau est très constant.
La deuxième menace radiative est constituée par les événements de particules solaires ou SPE. Comme le nom l'indique, ceux-ci sont le résultat d'événements sporadiques sur le soleil tels que les éjections de masse coronale (CME) ou les éruptions solaires. Le rayonnement des SPE est beaucoup moins prévisible que les GCR, mais peut être si destructeur qu'il peut provoquer des lésions tissulaires aiguës à la suite d'un seul événement ou d'une seule exposition.
Les SPE sont non seulement un danger pour les futurs habitants de la lune, mais ils peuvent aussi avoir un impact sur la vie sur Terre. La tempête géomagnétique de 1989 et la panne de courant associée qui ont laissé des millions de personnes au Québec et dans le nord-est des États-Unis sans électricité sont un exemple particulièrement notable de l'impact des éruptions solaires sur l'humanité. Heureusement, le champ magnétique puissant de la Terre nous protège de la grande majorité des particules chargées nuisibles qui nous parviennent du soleil. Ce n'est pas le cas pour la lune, qui manque de champ magnétique et d'atmosphère, laissant quiconque à la surface exposé à toute la puissance du rayonnement spatial entrant.
Illustration du champ magnétique terrestre interagissant avec les GCR et les SPE. Crédit :NASA/JPL-Caltech/SwRI
Une interprétation artistique de l'impact de la tempête géomagnétique de 1989 sur le réseau électrique de l'Amérique du Nord. Crédit :NASA
Même si les GCR n'ont pas les pics d'intensité dangereux observés dans les SPE, l'exposition chronique à de tels rayonnements ionisants a été liée à une maladie dégénérative du système nerveux central, cataracte et cancer. Une protection adéquate contre les deux sources de rayonnement est essentielle pour que les astronautes évitent des conséquences graves, voire catastrophiques pour la santé, des expéditions lunaires.
La troisième source de particules subatomiques dangereuses sur la surface lunaire est, étonnamment, la lune elle-même. Il pourrait être facile de rejeter la roche et la poussière essentiellement inertes de la lune comme non menaçantes, mais ce serait un oubli terrible. Comme le rayonnement externe des sources galactiques et du soleil entre en collision avec les atomes du sol lunaire, des neutrons et des rayons gamma peuvent être libérés causant leurs propres dommages aux tissus. La demi-vie d'un neutron libre est d'un peu plus de 10 minutes, ces particules instables doivent donc provenir de réactions nucléaires à la surface de la lune car elles ne pourraient pas survivre aux longs trajets depuis des sources spatiales lointaines.
Un tube de lave potentiel sur la Lune est révélé dans ce qui semble être un cratère à fosse causé par l'effondrement du toit du tunnel. Crédit :NASA/GSFC/Université d'État de l'Arizona
Il est clair qu'une protection importante contre ce rayonnement doit être présente pour que les humains survivent sur la lune. Construire des quartiers d'habitation protégés par d'épaisses couches de roche lunaire semble être la solution la plus probable au problème du rayonnement spatial sur la Lune. Une possibilité particulièrement convaincante est la construction d'espaces de vie dans des grottes lunaires. Grand, ancien, des tubes de lave creux laissés par le volcanisme lunaire il y a des milliards d'années sont connus pour exister sur la lune, certains avec des ouvertures à la surface ressemblant aux cenotes du Mexique. Grâce en partie aux recherches de Chang'E 4, nous pouvons trouver les explorations humaines les plus avancées de l'histoire se réfugier dans des grottes sur un autre monde, un peu comme nos ancêtres se sont abrités dans des grottes terrestres il y a des milliers d'années.
