31 gennaio 2021, segnerà i 50 anni dal lancio dell'Apollo 14. Questa storica missione è stata la prima a trasmettere un segnale televisivo a colori dalla superficie della luna e ha segnato l'eroico ritorno nello spazio del primo astronauta americano, Alan Shepard, che notoriamente ha colpito due palline da golf dalla regolite lunare. Sebbene l'importanza dell'Apollo 14 e del programma Apollo in generale non possa essere sopravvalutata, Shepard ha trascorso solo due giorni sulla superficie lunare. Il record per la più lunga presenza umana sulla luna, tenuto da Eugene Cernan e Harrison Schmitt, è poco più di tre giorni. Tutti gli astronauti dell'Apollo sono stati esposti ad alti livelli di radiazioni sulla superficie della luna, ma con permanenze così brevi che il rischio era considerato accettabile.

Con il programma Artemis della NASA che intende dare il via a un'era di abitazione umana a lungo termine sulla luna, l'esposizione prolungata a radiazioni intense rappresenta una seria minaccia per la salute e il benessere dei futuri astronauti. Uno dei primi passi per mitigare i pericoli è lo sviluppo di una serie di dati che delineino con precisione il livello e la natura delle radiazioni. Una ricerca pubblicata a settembre sulla base dei dati raccolti dall'esperimento Lunar Lander Neutrons and Dosimetry a bordo del lander lunare robotico cinese Chang'E 4 rivela misurazioni a lungo termine dei livelli di radiazione sulla superficie lunare. Questa è la prima volta che vengono raccolte misurazioni estese dei livelli di radiazione sulla luna e contribuiranno a informare la progettazione e la schermatura dei futuri habitat lunari.

È sempre stato chiaro che sarebbe necessaria una schermatura significativa dalle radiazioni spaziali per proteggere gli abitanti a lungo termine della luna dagli effetti deleteri sulla salute. Un passo importante nella progettazione di tali strutture è avere una comprensione approfondita del livello esatto di minaccia radiativa presente. I dati e la ricerca associata di Chang'E 4 forniscono informazioni senza precedenti sulla natura dell'ambiente delle radiazioni spaziali sulla luna. Le letture del veicolo spaziale possono essere utilizzate per determinare il rateo di dose equivalente, una misura biologicamente ponderata della dose di radiazioni nel tempo. Questo produce un risultato di 60 microsievert all'ora. Questo è più del doppio del livello di radiazioni rispetto agli astronauti a bordo della ISS, da cinque a dieci volte superiore alle radiazioni sui voli a lungo raggio, e 200 volte maggiore della radiazione presente sulla superficie terrestre.

Ci sono due fonti primarie di radiazioni con cui i futuri abitanti lunari dovranno fare i conti. Primo, ci sono raggi cosmici galattici o GCR. Questi sono costituiti principalmente da particelle cariche come protoni e nuclei di elio nudi, con circa l'1% di GCR costituito da nuclei di elementi più pesanti. Poiché il danno causato dalle particelle cariche scala con il quadrato della carica nucleare, questi elementi più pesanti possono causare danni sproporzionatamente elevati ai tessuti umani. Questa radiazione proviene da milioni di sorgenti sparse in tutto il cielo ed è molto consistente nel suo livello.

La seconda minaccia radiativa sono gli eventi di particelle solari o SPE. Come il nome suggerisce, questi sono il risultato di eventi sporadici sul sole come espulsioni di massa coronale (CME) o brillamenti solari. Le radiazioni degli SPE sono molto meno prevedibili delle GCR, ma possono essere così distruttive da causare danni tissutali acuti da un singolo evento o esposizione.

Non solo le SPE sono un pericolo per i futuri abitanti della luna, ma possono anche avere un impatto sulla vita sulla Terra. La tempesta geomagnetica del 1989 e l'interruzione di corrente associata che ha lasciato milioni di persone in Quebec e negli Stati Uniti nordorientali senza elettricità è un esempio particolarmente notevole dell'impatto delle eruzioni solari sull'umanità. per fortuna, il forte campo magnetico della Terra ci protegge dalla stragrande maggioranza delle particelle cariche dannose che ci arrivano dal sole. Questo non è il caso della luna, che manca di un campo magnetico e atmosfera, lasciando chiunque sulla superficie esposto alla piena forza delle radiazioni spaziali in arrivo.

Anche se i GCR non hanno i pericolosi picchi di intensità osservati negli SPE, l'esposizione cronica a tali radiazioni ionizzanti è stata collegata a malattie degenerative del sistema nervoso centrale, cataratta e cancro. Un'adeguata protezione da entrambe le fonti di radiazioni è fondamentale per gli astronauti per evitare conseguenze gravi o addirittura catastrofiche sulla salute delle spedizioni lunari.

La terza fonte di pericolose particelle subatomiche sulla superficie lunare è, sorprendentemente, la luna stessa. Potrebbe essere facile liquidare la roccia e la polvere essenzialmente inerti della luna come non minacciose, ma sarebbe una pessima svista. Poiché la radiazione esterna proveniente da sorgenti galattiche e dal sole si scontra con gli atomi nel suolo lunare, neutroni e raggi gamma possono essere rilasciati causando il loro stesso danno tissutale. L'emivita di un neutrone libero è poco più di 10 minuti, quindi queste particelle instabili devono provenire da reazioni nucleari sulla superficie della luna in quanto non potrebbero sopravvivere ai lunghi tempi di viaggio da fonti spaziali lontane.

È chiaro che deve essere presente una schermatura significativa da questa radiazione affinché gli esseri umani sopravvivano sulla luna. Costruire alloggi protetti da spessi strati di roccia lunare sembra essere la soluzione più probabile al problema delle radiazioni spaziali sulla luna. Una possibilità particolarmente interessante è la costruzione di spazi abitativi all'interno di grotte lunari. Grande, antica, tubi di lava cavi lasciati dal vulcanismo lunare miliardi di anni fa si sa che esistono sulla luna, alcuni con aperture sulla superficie che ricordano i cenotes del Messico. Grazie in parte alla ricerca di Chang'E 4, potremmo trovare le esplorazioni umane più avanzate della storia che si rifugiano in grotte su un altro mondo, proprio come i nostri antichi antenati si rifugiarono nelle caverne terrene migliaia di anni fa.