Il concetto di un artista del 1969 raffigura un modulo lunare che scende sulla superficie della Luna. A causa dell'atmosfera molto sottile della Luna, lo scarico si espande notevolmente e può rimanere nell'atmosfera per mesi. Credito:NASA/Johnson Space Center
Un nuovo studio condotto da scienziati del Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) di Laurel, Maryland, mostra che lo scarico di un lander lunare di medie dimensioni può diffondersi rapidamente intorno alla Luna e potenzialmente contaminare i ghiacci scientificamente vitali ai poli lunari.
Simulazioni al computer del vapore acqueo emesso da un 2, 650 libbre (1, Lander da 200 chilogrammi) - circa un quarto della massa secca del modulo lunare Apollo - che atterra vicino al polo sud della Luna ha mostrato che lo scarico impiega solo poche ore per disperdersi intorno all'intera Luna. Dal 30% al 40% del vapore persisteva nell'atmosfera lunare e in superficie due mesi dopo, e circa il 20% alla fine si congelerebbe vicino ai poli pochi mesi dopo.
Quei risultati, pubblicato online l'11 agosto nel Giornale di ricerca geofisica :Pianeti, mostrano che l'interesse dei ricercatori nello studio dei ghiacci nativi nei crateri polari della Luna, ghiacci che potrebbero risalire a diversi miliardi di anni, dovrà essere attentamente considerato durante i maggiori sforzi per riportare gli esseri umani sulla Luna.
Gestire gli scarichi dei veicoli spaziali sulla Luna non è un problema nuovo. I ricercatori hanno apprezzato questo problema durante le missioni Apollo della NASA negli anni '60 e '70, quando svilupparono i primi modelli per prevedere la diffusione dei gas di scarico in tutta l'atmosfera lunare e la contaminazione della superficie.
"Lo scarico durante la missione Apollo non ha complicato le misurazioni nello stesso modo in cui potrebbe ora, " disse Parvathy Prem, un ricercatore presso APL e l'autore principale dello studio.
Simulazione che mostra come il vapore acqueo proveniente dallo scarico di un lander si diffonde nell'atmosfera lunare (sfumature di blu e rosso, con toni più caldi essendo più densi) e su tutta la sua superficie (sfumature di viola, con i toni più chiari essendo più densi) in 24 ore. Lo scarico di un sito di atterraggio vicino al polo sud della Luna impiega solo poche ore per diffondersi all'altro polo. Credito:Johns Hopkins APL
Durante l'era Apollo, la maggior parte dell'interesse era nella raccolta di campioni lunari. Mentre questo è ancora vero oggi, la più recente scoperta di ghiacci conservati in crateri permanentemente in ombra vicino ai poli lunari ha spostato l'interesse scientifico verso la comprensione dell'origine e della dispersione dell'acqua e di altre molecole volatili sulla superficie lunare e nella sua sottile atmosfera.
"Questi sono alcuni dei pochi luoghi in cui possiamo trovare tracce dell'origine dell'acqua nel sistema solare interno, " Ha detto Prem. Leggere quel record richiede di misurare la composizione di quei ghiacci così come i loro vari isotopi per dedurre da dove probabilmente provenivano e come potrebbero esserci arrivati. Gas di scarico congelati dall'esplorazione robotica o umana che si raccolgono su quei ghiacci potrebbe confondere quelle misurazioni, anche se il lander atterra a centinaia di miglia di distanza.
"La cosa interessante del lavoro di Parvathy è che mostra molto bene che l'effetto, mentre piccolo e temporaneo, è globale, " ha detto Dana Hurley, uno scienziato planetario presso l'APL e coautore dello studio.
Le organizzazioni spaziali possono aspettarsi che i gas volatili ricoprano in modo significativo la superficie lunare a ben oltre 60 miglia (100 chilometri) dal sito di atterraggio.
Lo scarico residuo alla fine svanisce, ma Hurley sottolinea che i piani attuali per l'esplorazione lunare umana significano che accadrà più frequentemente e con lander molto più pesanti.
Immagine che mostra la distribuzione dei ghiacci superficiali (raffigurati come punti blu) al polo sud (a sinistra) e al polo nord (a destra) della Luna. rilevato dallo strumento Moon Mineralogy Mapper della NASA. La scala di grigi in questa immagine rappresenta la temperatura, con l'oscurità più fredda, mostrando che i ghiacci sono concentrati nei luoghi più bui e freddi, le ombre del cratere. Credito:NASA
"I risultati di questo studio guidano la necessità fondamentale di condurre la ricerca che vogliamo fare sull'atmosfera lunare e sui depositi volatili mentre sono relativamente incontaminati, "Ha detto Hurley.
Prem avverte che il modello non è infallibile. Tra i suoi limiti più salienti c'è che assume il grado in cui l'acqua interagisce e si "attacca" alla superficie lunare, che è ancora incerto ma di grande interesse per capire con quanta facilità l'acqua viene trasportata intorno alla Luna. Il modello tiene traccia anche solo del vapore acqueo, che comprende circa un terzo della composizione dello scarico della maggior parte dei lander. Altre molecole di scarico, come l'idrogeno, ammoniaca e monossido di carbonio, possono comportarsi diversamente e forse persistere anche più a lungo.
Il lavoro di follow-up dovrebbe includere la misurazione della quantità di gas di scarico che si trova intorno alla Luna durante e dopo i futuri atterraggi, Prem ha detto, che aiuterebbe a restringere la risposta a quanto questi gas di scarico "si attaccano" alla superficie. "Ma suggerirei anche che la modellazione e il monitoraggio del destino dei gas di scarico dovrebbero essere una parte di routine dello sviluppo e della pianificazione delle missioni lunari".
Le conversazioni sulla mitigazione dei gas di scarico sono appena iniziate, ha spiegato Prem.
A gennaio, La NASA ha finalizzato 16 payload dimostrativi scientifici e tecnologici che aveva selezionato per essere consegnati sulla Luna attraverso il programma Artemis, tra cui Surface Exosphere Alterations by Landers (SEAL), uno strumento che indagherà sulla risposta chimica della superficie lunare durante un atterraggio e su eventuali contaminanti che potrebbero essere stati iniettati.
"Che lo si voglia o no, faremo questo esperimento portando con noi i gas di scarico, " Ha detto Prem. Ora si tratta di decidere come affrontarli.
