Szybki pył księżycowy może zachmurzyć przyszłość ludzkich misji na Księżyc

Lądowanie ludzi na Księżycu jest niechlujne – to lekcja, której astronauci Apollo nauczyli się w ciężki sposób. Użycie silnika rakietowego do opuszczenia dużego statku kosmicznego na powierzchnię Księżyca powoduje wzbicie w powietrze całej masy szybko poruszającego się pyłu, który może przemieszczać się daleko i szeroko, uderzając, a nawet uszkadzając statki kosmiczne znajdujące się na Księżycu i w jego pobliżu. Jest to problem, który według niektórych inżynierów musimy rozwiązać już teraz, zwłaszcza jeśli chcemy wylądować na Księżycu w ciągu następnej dekady.

Badacze kosmosu mają unikalne środowisko Księżyca, aby podziękować za ten efekt pyłu. Nasz księżycowy sąsiad jest o jedną czwartą mniejszy od Ziemi i ma jedną szóstą grawitacji naszej planety. Brakuje mu również atmosfery, co ułatwia małym obiektom żeglowanie nad powierzchnią przez jakiś czas, zanim wrócą na dół. Więc jeśli celujesz silnikiem rakietowym w Księżyc przez dłuższy okres czasu – co zwykle trzeba zrobić, aby obniżyć coś na powierzchnię – może łatwo przyspieszyć księżycowy brud do prędkości tysięcy metrów na sekundę, wysyłając je setki mil daleko.

Kilka lądowań Apollo przeprowadzonych w latach 60-tych i 70-tych nie były wystarczająco silne lub częste, aby wywołać panikę o tym skopanym pyle. Ale teraz NASA chce wrócić na Księżyc, tym razem, aby pozostać. Utrzymanie przedłużonej obecności człowieka na powierzchni Księżyca będzie wymagało wielu lądowań – aby przetransportować na Księżyc ludzi, ładunki, siedliska i inne. Bez większych zmian w infrastrukturze, zwiększy to prawdopodobieństwo wzbijania pyłu, który może uszkodzić statki kosmiczne wokół Księżyca, historyczne miejsca Apollo, a nawet bazę księżycową, którą NASA chce zbudować i utrzymać. To może również prowadzić do napięć między narodami, które mają statki kosmiczne w pobliżu siebie.

„Istnieje potencjał dla poważnego konfliktu międzynarodowego z tego powodu”, mówi Phil Metzger, fizyk planetarny na University of Central Florida, który pracował w NASA badając skutki wybuchów rakiet na ciałach planetarnych.

Księżycowy pył okazał się być trochę koszmarem dla astronautów Apollo. Dla jednej rzeczy, to przylgnęło do wszystkiego. The astronauta dostawać pył cały ich garnitur, che degradować the materiał z czasem. Cząstki pyłu zabrudziły nawet wiele urządzeń używanych przez astronautów, w tym kamery, grzejniki, przyciski i inne. A pył wydmuchiwany podczas opadania na powierzchnię Księżyca utrudniał astronautom zobaczenie, dokąd zmierzają. „Myślę, że prawdopodobnie jednym z najbardziej dokuczliwych, ograniczających aspektów badania powierzchni Księżyca jest pył i jego przyleganie do wszystkiego, bez względu na rodzaj materiału, czy to będzie skóra, materiał kombinezonu, metal, bez względu na to, co to będzie” – powiedział astronauta Apollo 17 Gene Cernan podczas odprawy po zakończeniu misji w 1973 roku. Radzenie sobie z tym brudem będzie dużym kłopotem dla przyszłych misji eksploracji Księżyca – zwłaszcza jeśli chcemy umieścić tam siedliska.

Nawet zanim ludzie wyjdą przez drzwi lądownika księżycowego, pył będzie problemem, począwszy od sekundy, gdy włączy się silnik lądownika. Tutaj na Ziemi, jeśli skierujesz silnik rakietowy na garść pyłu, żwiru i skał, gęsta atmosfera powietrza otaczająca naszą planetę spowolni najpierw mniejsze cząstki, podczas gdy większe cząstki przetną opór wiatru i pokonają największe odległości. Na Księżycu jest odwrotnie. Powierzchnia Księżyca nie jest otoczona powietrzem, tylko próżnią. Jeśli więc grupa cząstek zostałaby rozpędzona do dużych prędkości, mniejsze cząstki podróżowałyby najszybciej i na największe odległości, podczas gdy większe skały zostałyby wkrótce zniszczone przez słabą grawitację Księżyca.

Dokładnie to samo dzieje się, gdy używasz silnika rakietowego, aby opuścić się na powierzchnię Księżyca. Dzięki temu, czego nauczyliśmy się podczas misji Apollo, inżynierowie odkryli, że duży lądownik o rozmiarach modułu księżycowego Apollo – zdolny do wyrzucania gazu z prędkością około 2400 metrów na sekundę – może napędzać skały i cząstki wielkości żwiru do prędkości od 10 do 100 metrów na sekundę, wysyłając je na ogromne odległości (do sześciu boisk piłkarskich). Ale drobny pył i piasek może przyspieszyć do 1000 metrów na sekundę, napędzając je setki kilometrów dalej – lub nawet rozprowadzając je po całym Księżycu.

Każda maszyna na drodze tych szybkich cząstek może doznać poważnego wybuchu lub uszkodzenia. „Może to zrujnować statek kosmiczny na orbicie wokół Księżyca, jeśli znajdzie się on w niewłaściwym miejscu w niewłaściwym czasie” – mówi Metzger. Astronauci Apollo 12 przekonali się o tym, gdy wylądowali na Księżycu w listopadzie 1969 roku. Celowo wylądowali w pobliżu zrobotyzowanej sondy Surveyor 3, którą NASA wylądowała na Księżycu w 1967 roku. Kiedy zabrali ze sobą kawałki sondy z powrotem na Ziemię, badacze odkryli, że Surveyor 3 został dokładnie wypiaskowany przez pył z lądowania.

„Możemy zobaczyć cząsteczki księżycowej gleby wniknięte głęboko w powierzchnię na całym Surveyorze” – mówi Metzger, który kierował zespołem badającym części sondy Surveyor 3, które wróciły z Apollo 12. „Możemy zobaczyć, że farba jest cała popękana.”

Problem może się jeszcze pogorszyć, gdy NASA będzie chciała wysłać ludzi z powrotem na Księżyc, ponieważ niektóre z lądowników, które zostały zaproponowane przez prywatne firmy, takie jak Blue Origin, Lockheed Martin i SpaceX, byłyby znacznie większe niż lądowniki Apollo. Rezultat wszystkich tych lądowników dotykających Księżyca: jeszcze więcej pyłu i dużych cząstek wydmuchiwanych z większą prędkością.

„Będzie jeszcze gorzej”, mówi Metzger. „To będą rzeczy wielkości piasku zdmuchnięte całkowicie z Księżyca na orbitę wokół Słońca. Większe cząstki, takie jak żwir, zostaną rozproszone na większe odległości.” Logistycznie, może to być zła wiadomość dla wszelkich przyszłych siedlisk, które NASA lub inne agencje kosmiczne mogą chcieć zbudować na Księżycu. „Jeśli wylądujesz zbyt blisko swojej placówki, może to być jak obrzucanie twojej placówki żwirem podróżującym z prędkością pocisków,” mówi Metzger.

Jest to również problem dla zachowania historycznego. Archeolodzy kosmosu są zainteresowani utrzymaniem miejsc lądowania Apollo w jak najbardziej dziewiczym stanie, aby potencjalnie badać je w przyszłości. „Wciąż jest wiele do nauczenia się z archeologii tych wczesnych miejsc” – mówi The Verge Beth O’Leary, archeolog kosmosu z New Mexico State University. Na przykład, O’Leary jest zainteresowana potencjalnym porównaniem technologii wczesnych radzieckich robotycznych statków kosmicznych, które wylądowały na Księżycu, z wczesnymi statkami kosmicznymi produkcji amerykańskiej, ale można to zrobić tylko wtedy, gdy części pozostają takie same, jak były, gdy wylądowały w latach 60.

„Można to zrobić tylko patrząc na artefakty witryny w ,” mówi O’Leary. „Ponieważ kiedy coś zabierasz, możesz to nagrać, możesz to zachować w muzeum, ale odbierasz integralność miejsca.”

Dodatkowo, O’Leary nie jest zaniepokojony tylko artefaktami sprzętowymi, ale także cechami, które astronauci Apollo pozostawili w glebie – zwłaszcza ich księżycowymi śladami. „Wszystko, co jest charakterystyczne na Księżycu, może zostać naruszone przez wiatr, przez wszelkiego rodzaju siły erozyjne” – mówi O’Leary. „A sposób, w jaki statki kosmiczne w przyszłości mogłyby wylądować, lub gdzie by wylądowały, zasadniczo zatarłby je.”

Jednym ze sposobów na zachowanie wszystkich tych pojazdów i maszyn jest wylądowanie wystarczająco daleko, aby cenny sprzęt pozostał nienaruszony. Ale naukowcy nie znają najlepszej minimalnej odległości. W 2011 roku Metzger wraz z zespołem badaczy próbował ustalić, w jakiej odległości od stanowisk Apollo powinny lądować inne jednostki, aby spowodować jak najmniejsze szkody. Zespół ustalił odległość na 2 kilometry, ale Metzger twierdzi, że liczba ta jest arbitralna – tak naprawdę nie ma minimalnej bezpiecznej odległości. Ponieważ lądowniki mają potencjał do globalnego rozpraszania pyłu, wszystko zależy od tego, jak duże szkody uważa się za „w porządku”. Roboty księżycowe mogą poradzić sobie z pewną ilością bombardowania – w rzeczywistości pył międzyplanetarny spada na Księżyc cały czas – ale nie jest jasne, kiedy uszkodzenie staje się odpowiedzialnością.

„W pewnej odległości ilość szkód, które spowodujesz, będzie znikoma w porównaniu z tym, co robi natura” – mówi Metzger. „Ale nie jesteśmy wystarczająco inteligentni, aby dowiedzieć się, jaka jest ta odległość.”

Aby zmniejszyć ryzyko szkód, Metzger mówi, że NASA i inne komercyjne firmy zmierzające na Księżyc muszą poważnie rozważyć wykonanie lądowników na powierzchni Księżyca, zanim lądowania staną się rutynowe. Ale są pułapki do tego rozwiązania, zbyt. Przywiezienie prefabrykowanego metalowego lądownika, który zostanie zainstalowany na powierzchni, wymagałoby ogromnych ilości paliwa i ogromnych sum pieniędzy. Inną opcją jest użycie mikrofal lub innych podgrzewanych narzędzi do stopienia księżycowej gleby w płaską powierzchnię, ale to wymaga użycia eksperymentalnej technologii.

W końcu, każda opcja lądownika będzie wymagała nowych wyrafinowanych technologii i może sprawić, że misje księżycowe będą bardziej złożone i kosztowne. Biorąc pod uwagę już wysokie koszty księżycowych misji powrotnych, bardzo możliwe, że NASA i inne firmy komercyjne mogą pominąć ten krok. Dlatego Metzger argumentuje, że nadszedł czas, aby kraje doszły do pewnego rodzaju porozumienia, że uszkodzenie ich księżycowych statków kosmicznych będzie bardzo realną możliwością.

Oprócz amerykańskich obiektów Apollo, Chiny i Rosja wysłały roboty na Księżyc, a inne kraje, w tym Indie i Japonia, rozbiły statki kosmiczne o powierzchnię Księżyca. Te pojazdy, lub ich szczątki, mogą znaleźć się na linii ognia bez względu na to, gdzie wyląduje duży ludzki lądownik. „Myślę, że musimy zawrzeć międzynarodową umowę, że wszyscy razem zgadzamy się, że będziemy mieli prawo do wzajemnego piaskowania swojego sprzętu” – mówi Metzger. „Jeśli nie możemy się na to zgodzić, oznacza to, że w pewnych miejscach na Księżycu po prostu nie można lądować. A to oznacza, że kraje będą mogły rościć sobie prawo do skutecznego terytorium.”

Stany Zjednoczone są jeszcze wiele lat przed tym, jak ludzie będą regularnie podróżować na i z Księżyca, więc jest jeszcze dużo czasu, aby o tym pomyśleć, zanim pojawią się międzynarodowe napięcia. Ale jeśli NASA i prywatny przemysł kosmiczny naprawdę poważnie myślą o wyjeździe na Księżyc, aby tam pozostać, organizacje te będą musiały bardzo dobrze poznać cząsteczki, które pokrywają powierzchnię Księżyca. Ponieważ ich pojazdy będą rozpylać pył księżycowy na całym Księżycu, czy tego chcą, czy nie.