La etapa de ascenso del Módulo Lunar con los astronautas que caminan por la Luna, Neil Armstrong y Edwin Aldrin Jr., se acerca para reunirse con el Módulo de Comando de Apolo, atendido por el astronauta Michael Collins. Crédito:NASA
Los humanos no han tenido muchas oportunidades de trabajar en la luna. Los 12 astronautas del Apolo que lograron explorar su superficie registraron 80 horas en total de tiempo de descubrimiento. De sus breves encuentros, y de extensos análisis de muestras de Apolo y meteoritos lunares que se encontraron en la Tierra, Los científicos han aprendido casi todo lo posible sobre el entorno lunar sin mucho contacto con la superficie. Ahora, por primera vez en medio siglo, Las misiones Artemis de la NASA permitirán a los científicos e ingenieros examinar la superficie de cerca. Esto nos enseñará cómo movernos con seguridad a través del suelo lunar, conocido como regolito; cómo construir infraestructura sobre él; y cómo mantener a los humanos a salvo en el espacio. Las técnicas que los científicos desarrollarán en la Luna harán posible que los humanos exploren destinos más lejanos de manera segura y sostenible. como Marte.
Aquí hay algunas cosas que aprenderemos al pasar tiempo en la superficie de la luna:
¿Cuán extensamente contaminamos la superficie cuando aterrizamos en ella?
Cuando una nave espacial desciende a la superficie lunar, lo rocía con agua y otros gases que se liberan cuando el vehículo impulsa sus motores para reducir la velocidad y lograr un aterrizaje suave. Para los astronautas que catalogarán los suministros de agua locales, Estos contaminantes terrestres harán que sea difícil distinguir entre el agua de la luna genuina y el agua del escape de su vehículo. También podría enturbiar los análisis químicos de la superficie lunar y su atmósfera súper delgada, que se llama exosfera.
Para proteger la precisión de la ciencia en la superficie, Muchos científicos están construyendo modelos informáticos y experimentos de laboratorio que pueden ayudar a predecir cómo afectará el escape de nuestra nave espacial al entorno lunar. Por ejemplo, Parvathy Prem, un científico planetario del Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins en Laurel, Maryland., diseña software que simula lo que sucede cuando un vehículo descarga gases extraños en la luna.
Concepto de un artista de 1969 que muestra el módulo lunar del Apolo 11 descendiendo a la superficie de la luna. Sin atmósfera el escape del vehículo se expande significativamente. Crédito:NASA / JSC
Sus simulaciones muestran que los gases de escape de una pequeña nave espacial, del tamaño del módulo de aterrizaje lunar sin tripulación Chang'e-3 de China, rociarían alrededor de 661 libras (300 kilogramos) de agua y otros gases a varios kilómetros del lugar de aterrizaje. Para un mas pesado, vehículo de aterrizaje de tamaño humano, esta área probablemente sería mucho más amplia y podría requerir que los astronautas se aventuraran a muchos kilómetros de su base en busca de muestras frescas de suelo lunar. (Los astronautas del Apolo se aventuraron desde unos cientos de metros hasta decenas de kilómetros del módulo de comando por esta misma razón).
Ahora, Prem está desarrollando nuevas simulaciones para comprender qué le sucede al agua después de que se libera en el medio ambiente de la luna. ¿Permanece en la exosfera y luego sopla al espacio? ¿Se asienta en el regolito? ¿O sus moléculas saltan por la superficie? "Estamos tratando de construir un conjunto de soluciones en las que asumimos diferentes cosas sobre las interacciones entre las moléculas de agua y la superficie de la luna, "dice Prem, "para que la próxima vez podamos observar un aterrizaje y tomar medidas, tendremos este conjunto de soluciones que hemos creado y podremos ver cuál encaja mejor para determinar rápidamente lo que está sucediendo ".
Prem es parte de un equipo en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, que enviará un instrumento en los próximos años en uno de los módulos de aterrizaje de los Servicios de Carga Lunar Comercial de la NASA para investigar estas preguntas. El equipo recopilará información que informará no solo la exploración lunar, sino también la forma en que los científicos recolectarán muestras futuras de asteroides, Marte y otros cuerpos. "No vamos a poder evitar la contaminación, "dice Prem, "pero necesitamos saber cuánto de esto sucede para poder dar cuenta de eso".
Una animación de una de las simulaciones de Prem que muestra dónde va el vapor de agua liberado por una nave espacial en el transcurso de 65 segundos durante el descenso. Se supone que el aterrizaje está a 70 grados de latitud sur, 7 a.m. hora local lunar, cuando la temperatura de la superficie es de aproximadamente 200 kelvin (menos 99,67 F, menos 73,15 C). La nave espacial es demasiado pequeña para verla a esta escala, pero está ubicado en la parte azul más oscura de la nube de vapor. El ancho de la escena es de unos 30 kilómetros. El azul representa el agua que está sobre la superficie (en la exosfera); el gris es el agua que se asienta en la superficie. En la actualidad, Prem modela solo el vapor de agua (alrededor de 220 libras, o 100 kilogramos) que se libera desde un vehículo del tamaño del módulo de aterrizaje lunar sin tripulación Chang'e-3 de China. El agua es aproximadamente un tercio de la masa total de gases liberados durante el descenso. Crédito:Parvathy Prem
Cómo trabajar con tierra que se comporta como harina para hornear
Imagínese meter una cuchara medidora en harina para hornear. Regolith siente algo así. El regolito es más comparable a la arena de la Tierra, que está hecho de rocas molidas por el viento, lluvia y otros elementos. Pero cada grano de arena está envuelto en moléculas de aire que agregan espacio entre ellos. Como no hay aire en la luna el regolito es más cohesivo, lo que significa que sus granos se pegan juntos como los de la harina para hornear.
Conocer las propiedades del regolito es importante a la hora de diseñar misiones a la luna. Si los vehículos deben recorrer largas distancias por la superficie, y si los astronautas van a excavar regolitos para construir infraestructura, Los científicos y los ingenieros deben saber cuál es la mejor forma de equiparlos, dice Christine Hartzell, un profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Maryland en College Park que estudia el regolito en la luna y en los asteroides, incluido Bennu, donde orbita actualmente la nave espacial OSIRIS-REx.
"Si está diseñando algo para conducir en la playa, diseña neumáticos muy gruesos porque tienen que lidiar con arena que se puede comprimir y se desplaza debajo de la rueda. Pero diseñaría neumáticos estrechos para una bicicleta de carretera porque se conduce sobre una superficie que es realmente dura y uniforme, ", señala." En la luna, necesitamos saber si vamos a conducir sobre una superficie de grava o sobre una duna de arena ".
Una vista de cerca de una almohadilla para los pies y un muestreador de superficie con pala (brazo, fuera de marco) en la nave espacial Surveyor 3, que fue fotografiado por los astronautas del Apolo 12 durante su segunda actividad extravehicular (EVA) en la luna. El módulo lunar del Apolo 12, con los astronautas Charles Conrad Jr. y Alan L. Bean a bordo, aterrizó en el Océano de Tormentas a solo 600 pies del Surveyor 3. La nave espacial sin tripulación aterrizó suavemente en la luna el 19 de abril, 1967. Nótese la huella en el suelo lunar que fue causada cuando el Surveyor 3 rebotó al aterrizar. Crédito:NASA
El regolito está hecho de rocas sueltas, guijarros y polvo, y cubre toda la luna. Se distingue de la arena de varias formas, además de la cohesión:a diferencia de la arena, que se redondea a lo largo de eones por el viento y el agua, dos fenómenos que no existen en la luna seca y sin aire, granos de suelo lunar son afilados, puntiagudos y potencialmente abrasivos para los trajes y equipos espaciales.
El suelo lunar también se carga electrostáticamente por partículas solares que chocan contra la superficie de la luna. Esto hace que se adhiera al equipo, similar a cómo la ropa se puede pegar cuando la saca de la secadora. De hecho, todavía hay algunos regolitos pegados a los trajes espaciales de las misiones Apolo.
Los astronautas que se mueven por la superficie también pueden amplificar las fuerzas electrostáticas, similar a alguien que acumula electricidad estática después de arrastrar los pies por un piso alfombrado. Su actividad puede hacer que las partículas de polvo de la superficie leviten hasta 10 metros (33 pies), Estimaciones de Hartzell.
Si los astronautas van a encontrar nubes de polvo pegajoso, Los científicos e ingenieros deben estar preparados para lidiar con eso, dice:"Queremos saber qué le sucede al polvo una vez que deja de levitar. Si se asienta, ¿Altera la mecánica de un vehículo lunar? ¿Se deposita en instrumentos ópticos y luego hace que todo se vea turbio? ”La exploración robótica de la superficie en los próximos años ayudará a los científicos a responder algunas de estas preguntas en preparación para el envío de astronautas.
Esta es una foto de partículas de regolito recolectadas de la superficie de la Luna durante la era Apolo. Estos son fragmentos de roca volcánica, y contienen una gran cantidad de un mineral llamado plagioclasa, que es rico en calcio y aluminio. Crédito:Natalie Curran / NASA
Cuanta agua hay y donde
En la ultima década, Los instrumentos en el Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA y en otras naves espaciales han arrojado evidencia de agua en la luna. El agua líquida no es estable en la superficie de la luna, pero hay evidencia de moléculas de agua que rebotan en la superficie y en la atmósfera; hielo de agua en los polos; y cantidades muy pequeñas de agua atrapadas dentro de la estructura de algunas de las rocas y minerales de la luna.
Cualquiera que sea su forma, el agua es fundamental. Los astronautas de Artemis lo necesitarán para beber y para sus componentes, oxígeno e hidrógeno, que se utilizará para respirar y para fabricar combustible para cohetes para viajes al espacio profundo.
Las reservas de agua lunares más prometedoras parecen estar en los cráteres permanentemente sombreados en los polos, que se encuentran entre los lugares más fríos del sistema solar y, por lo tanto, bueno para preservar cosas como el agua, los científicos esperan. Esta, además de la abundante luz solar, Es por eso que el Polo Sur de la Luna es la región objetivo de una misión humana Artemisa.
El desafío es que, en la mayor parte, los instrumentos de teledetección pueden detectar agua, o sus componentes químicos, en una capa relativamente poco profunda de la superficie. Esto plantea la pregunta de si esa es toda el agua disponible para que la usen los humanos o si es simplemente la punta del iceberg. Los astronautas de Artemisa necesitarán excavar debajo de la superficie para averiguarlo.
