O estágio de subida do Módulo Lunar com os astronautas Neil Armstrong e Edwin Aldrin Jr., que caminham na Lua, se aproxima para um encontro com o Módulo de Comando Apollo, comandado pelo astronauta Michael Collins. Crédito: NASA
Os humanos não tiveram muita oportunidade de trabalhar na lua. Os 12 astronautas da Apollo que conseguiram explorar sua superfície registraram 80 horas no total do tempo de descoberta. A partir de seus breves encontros, e de extensas análises de amostras de Apolo e meteoritos lunares que foram encontrados na Terra, os cientistas aprenderam quase tanto quanto é possível aprender sobre o ambiente lunar sem muito contato com a superfície. Agora, pela primeira vez em meio século, as missões Artemis da NASA permitirão que cientistas e engenheiros examinem a superfície de perto. Isso nos ensinará a se mover com segurança através do solo lunar, conhecido como regolito; como construir infra-estrutura em cima dela; e como manter os humanos seguros no espaço. As técnicas que os cientistas desenvolverão na Lua possibilitarão aos humanos explorar com segurança e sustentabilidade os destinos mais distantes,
Aqui estão algumas coisas que você aprenderá por passar o tempo na lua s' superfície :
Até que ponto nós contaminamos a superfície quando pousamos nela?
Quando uma espaçonave desce para a superfície lunar, ela a pulveriza com água e outros gases que são liberados quando o veículo empurra seus motores para desacelerar para um pouso suave . Para os astronautas que estarão catalogando os suprimentos locais de água, esses contaminantes terrestres dificultarão a distinção entre a água lunar e a água do escapamento do veículo. Também poderia fazer análises químicas enlameadas da superfície lunar e de sua atmosfera super fina, chamada de exosfera.
Para proteger a precisão da ciência na superfície, muitos cientistas estão construindo modelos de computador e experimentos de laboratório que podem ajudar a prever como o escape das nossas espaçonaves afetará o ambiente lunar. Por exemplo, Parvathy Prem, uma cientista planetária do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland, projeta um software que simula o que acontece quando um veículo descarrega gases estranhos na Lua.
Um conceito de artista de 1969 retratando o Módulo Lunar Apollo 11 descendo para a superfície da lua. Sem atmosfera, o escape do veículo se expande significativamente. Crédito: NASA / JSC
Suas simulações mostram que o escapamento de uma pequena espaçonave - do tamanho da sonda lunar Chang'e-3, desenrolada na China - pulveriza cerca de 300 kg de água e outros gases a vários quilômetros do local de pouso. Para um veículo de pouso mais pesado e de tamanho humano, essa área provavelmente seria muito mais ampla e pode exigir que os astronautas se aventurem a muitos quilômetros de distância de sua base para amostras frescas de solo lunar. (Os astronautas da Apollo se aventuraram de algumas centenas de metros a dezenas de quilômetros de distância do módulo de comando por essa mesma razão.)
Agora, Prem está desenvolvendo novas simulações para entender o que acontece com a água depois que ela é liberada no ambiente da lua. Permanece na exosfera e depois sopra no espaço? Ela se acomoda no regolito ou suas moléculas saltam pela superfície? "Estamos tentando construir um conjunto de soluções nas quais supomos coisas diferentes sobre as interações entre as moléculas de água e a superfície da Lua", diz Prem, "para que da próxima vez possamos observar um pouso e fazer medições, nós" Teremos este conjunto de soluções que construímos e poderemos ver qual combina melhor para determinar rapidamente o que está acontecendo. "
Prem faz parte de uma equipe do Centro de Vôo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, que enviará um instrumento nos próximos anos em uma das bases de dados de Serviços de Carga Lunar Comercial da NASA para investigar essas questões. A equipe reunirá informações que informarão não apenas a exploração da Lua, mas também a maneira como os cientistas coletarão amostras futuras de asteróides, Marte e outros corpos. "Não seremos capazes de evitar a contaminação", diz Prem, "mas precisamos saber quanto disso acontece para que possamos explicar isso".
Uma animação de uma das simulações de Prem mostrando onde o vapor d'água liberado por uma espaçonave percorre 65 segundos durante a descida. A aterrissagem é presumida como sendo de 70 graus de latitude sul, às 7h da hora local lunar, quando a temperatura da superfície é de aproximadamente 200 kelvins (menos 99,67 F, menos 73,15 C). A espaçonave é pequena demais para ser vista nesta escala, mas está localizada na parte azul mais escura da nuvem de vapor. A largura da cena é de cerca de 30 km. Azul representa a água que está acima da superfície (na exosfera); cinza é a água que se instala na superfície. Atualmente, Prem modela apenas o vapor de água (cerca de 220 libras, ou 100 quilos) que é liberado de um veículo do tamanho da luneta chinesa Chang'e-3. A água é aproximadamente um terço da massa total de gases liberados durante a descida. Crédito: Parvathy Prem
Como trabalhar com solo que se comporta como farinha
Imagine colocar uma colher de medição na farinha. Regolito é mais comparável à areia da Terra, que é feita de rochas moídas pelo vento, chuva e outros elementos. Mas cada grão de areia é envolvido por moléculas de ar que adicionam espaço entre elas. Como não há ar na Lua, o regolito é mais coeso, o que significa que seus grãos ficam grudados como os de farinha.
Saber sobre as propriedades do regolito é importante para projetar missões para a lua. Se os veículos quiserem percorrer longas distâncias e se os astronautas quiserem escavar regolito para construir infra-estrutura, cientistas e engenheiros precisam saber a melhor forma de equipá-los, diz Christine Hartzell, professora de engenharia aeroespacial da Universidade de Maryland em College Park. que estuda regolito na lua e em asteróides, incluindo Bennu, onde a espaçonave OSIRIS-REx está atualmente em órbita.
"Se você está projetando algo para dirigir na praia, você desenha pneus muito grossos porque eles têm que lidar com areia que é compressível e se desloca embaixo da roda. Mas você projetaria pneus estreitos para uma bicicleta de estrada porque muito duro e uniforme ", observa ela. "Na Lua, precisamos saber se vamos estar dirigindo sobre uma superfície de cascalho ou sobre uma duna de areia."
Uma visão de close-up de um footpad e amostrador de superfície com colher (braço, fora do quadro) na nave Surveyor 3, que foi fotografada pelos astronautas da Apollo 12 durante sua segunda atividade extraveicular (EVA) na lua. O Módulo Lunar Apollo 12, com os astronautas Charles Conrad Jr. e Alan L. Bean a bordo, aterrissou no Oceano das Tempestades, a apenas 200 metros do Surveyor 3. A espaçonave desenrolada aterrissou na Lua em 19 de abril de 1967. Observe o imprint no solo lunar que foi causado quando o Surveyor 3 saltou em cima de aterrar. Crédito: NASA
O regolito é feito de rochas soltas, seixos e poeira, e cobre a lua inteira. Distingue-se da areia de várias formas, além da coesão: ao contrário da areia, que é arredondada ao longo das eras pelo vento e pela água, dois fenómenos que não existem na lua seca e sem ar, os grãos do solo lunar são pontiagudos e pontiagudos. potencialmente abrasivo para trajes espaciais e equipamentos.
O solo lunar também se torna eletrostaticamente carregado por partículas solares que se chocam contra a superfície da lua. Isso faz com que ele fique preso ao equipamento, semelhante a como a roupa pode ficar grudada quando você a tira da secadora. De fato, ainda há algum regolito preso a trajes espaciais das missões Apollo.
Os astronautas que se deslocam pela superfície também podem amplificar forças eletrostáticas, semelhantes a alguém construindo eletricidade estática depois de embaralhar em um piso acarpetado. Sua atividade pode fazer com que partículas de poeira da superfície levitem até 10 metros (33 pés), estima Hartzell.
Se os astronautas encontrarem nuvens de poeira pegajosa, cientistas e engenheiros precisam estar preparados para lidar com isso, ela diz: "Queremos saber o que acontece com a poeira quando ela para de levitar. Se ela se estabilizar, isso atrapalha a mecânica? de um veículo lunar? Ele deposita em instrumentos ópticos e então faz tudo parecer nublado? " A exploração robótica da superfície nos próximos anos ajudará os cientistas a responder a algumas dessas perguntas, preparando-se para o envio de astronautas.
Esta é uma foto de partículas regolíticas coletadas da superfície da Lua durante a era Apollo. Estes são fragmentos de rochas vulcânicas, e contêm muito de um mineral chamado plagioclásio, que é rico em cálcio e alumínio. Crédito: Natalie Curran / NASA
Quanta água existe e onde
Na última década, os instrumentos do Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA e de outras naves espaciais retornaram evidências de água na Lua. A água líquida não é estável na superfície da lua, mas há evidências de moléculas de água que se movem na superfície e na atmosfera; gelo de água nos pólos; e quantidades muito pequenas de água presas dentro da estrutura de algumas rochas e minerais da lua.
Qualquer que seja sua forma, a água é crítica. Os astronautas da Artemis precisarão disso para beber e, para seus componentes, oxigênio e hidrogênio, que serão usados para respirar e para produzir combustível de foguete para viagens espaciais profundas.
As reservas de água lunares mais promissoras parecem estar nas crateras permanentemente sombreadas nos pólos, que estão entre os lugares mais frios do sistema solar e, portanto, boas em preservar coisas como a água, os cientistas esperam. Isso, além da abundante luz solar, é o motivo pelo qual o Pólo Sul da Lua é a região alvo de uma missão humana da Artemis.
O desafio é que, na maior parte, os instrumentos de sensoriamento remoto podem detectar a água, ou seus componentes químicos, em uma camada relativamente rasa da superfície. Isso levanta a questão de saber se essa é toda a água disponível para os humanos ou se é apenas a ponta do iceberg. Os astronautas da Artemis precisarão cavar abaixo da superfície para descobrir.
Uma vista do pólo sul da lua mostrando onde os dados de refletância e temperatura indicam a possível presença de gelo de água na superfície. Crédito: Scientific Visualization Studio da NASA
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