Os humanos não tiveram muitas oportunidades de trabalhar na lua. Os 12 astronautas da Apollo que exploraram sua superfície registraram um total de 80 horas de tempo de descoberta. De seus breves encontros, e de extensas análises de amostras da Apollo 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 como nos movermos com segurança pelo solo lunar, conhecido como regolito; como construir infraestrutura em cima dela; e como manter os humanos seguros no espaço. As técnicas que os cientistas desenvolverão na Lua possibilitarão aos humanos explorar destinos mais distantes com segurança e sustentabilidade, como Marte.

Aqui estão algumas coisas que aprenderemos passando um tempo na superfície da lua:

Quão amplamente contaminamos a superfície quando pousamos nela?

À medida que uma espaçonave desce para a superfície lunar, ele borrifa água e outros gases que são liberados conforme o veículo impulsiona seus motores para diminuir a velocidade para uma aterrissagem suave. Para os astronautas que irão catalogar o abastecimento de água local, esses contaminantes terrestres tornarão difícil distinguir entre a água da lua genuína e a água do escapamento de seus veículos. Também pode turvar análises químicas da superfície lunar e sua atmosfera super fina, que é 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 escapamento de nossa espaçonave afetará o ambiente lunar. Por exemplo, Parvathy Prem, um cientista planetário do Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Md., projeta um software que simula o que acontece quando um veículo libera gases estranhos na lua.

Suas simulações mostram que o escapamento de uma pequena espaçonave - do tamanho do módulo de pouso lunar Chang'e-3 da China - espalharia cerca de 300 quilos de água e outros gases a vários quilômetros do local de pouso. Para um mais pesado, veículo de pouso 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 obter novas amostras do solo lunar. (Os astronautas da Apollo se aventuraram a distâncias de algumas centenas de metros a dezenas de quilômetros do módulo de comando exatamente por esse motivo.)

Agora, Prem está desenvolvendo novas simulações para entender o que acontece com a água depois que ela é lançada no ambiente lunar. Permanece na exosfera e então sopra para o espaço? Ele se instala no regolito, ou suas moléculas saltam em torno da superfície? "Estamos tentando construir um conjunto de soluções em que assumimos 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, teremos esse conjunto de soluções que construímos e seremos capazes de ver qual combina melhor para determinar rapidamente o que está acontecendo. "

Prem faz parte de uma equipe do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que enviará um instrumento nos próximos anos em uma das sondas do Commercial Lunar Payload Services da NASA para investigar essas questões. A equipe irá reunir informações que informarão não apenas a exploração lunar, mas também a forma como os cientistas coletarão amostras futuras de asteróides, Marte e outros corpos. “Não vamos conseguir evitar a contaminação, "diz Prem, "mas precisamos saber o quanto disso acontece para que possamos responder por isso."

Como trabalhar com solo que se comporta como farinha de fermento

Imagine enfiar uma colher de medida na farinha de fermento. Regolith sente algo assim. Regolith é mais comparável à areia da Terra, que é feito de rochas moídas pelo vento, chuva e outros elementos. Mas cada grão de areia está envolto em moléculas de ar que aumentam o espaço entre eles. Uma vez que não há ar na lua, regolito é mais coeso, o que significa que seus grãos ficam juntos como os da farinha de fermento.

Saber sobre as propriedades do regolito é importante no planejamento de missões à lua. Se os veículos devem percorrer longas distâncias na superfície, e se os astronautas vão cavar regolito para construir infraestrutura, cientistas e engenheiros precisam saber a melhor forma de equipá-los, diz Christine Hartzell, um professor de engenharia aeroespacial da Universidade de Maryland em College Park que estuda regolito na lua e em asteróides, incluindo Bennu, onde a nave OSIRIS-REx está orbitando.

"Se você está projetando algo para dirigir na praia, você projeta pneus muito grossos porque eles precisam lidar com areia que é compressível e se desloca embaixo da roda. Mas você projetaria pneus estreitos para uma bicicleta de estrada porque ela passa por uma superfície que é realmente dura e uniforme, "ela observa." Na lua, precisamos saber se vamos dirigir sobre uma superfície de cascalho ou sobre uma duna de areia. "

Regolith é feito de pedras soltas, seixos e poeira, e cobre a lua inteira. Ele se distingue da areia de várias maneiras, além da coesão:ao contrário da areia, que é contornado ao longo de eras pelo vento e pela água, dois fenômenos que não existem na lua sem ar e seca, grãos de solo lunar são afiados, pontiagudo e potencialmente abrasivo para trajes e equipamentos espaciais.

o solo da lua também se torna eletrostaticamente carregado por partículas solares que se chocam contra a superfície da lua. Isso o faz grudar no equipamento, semelhante a como as roupas podem grudar quando você as tira da secadora. Na verdade, ainda há algum regolito preso aos trajes espaciais das missões Apollo.

Os astronautas que se movem pela superfície também podem amplificar as forças eletrostáticas, semelhante a alguém acumulando eletricidade estática depois de se arrastar por um piso acarpetado. Sua atividade pode fazer com que as partículas de poeira da superfície levitem até 10 metros (33 pés), Estimativas de 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 assentar, atrapalha a mecânica de um veículo lunar? Ele se deposita em instrumentos ópticos e, em seguida, faz tudo parecer turvo? ”A exploração robótica da superfície nos próximos anos ajudará os cientistas a responder a algumas dessas perguntas na preparação para o envio de astronautas.

Quanta água existe e onde

Na última década, instrumentos do Lunar Reconnaissance Orbiter da NASA e de outras espaçonaves retornaram evidências de água na lua. A água líquida não é estável na superfície da lua, mas há evidências de moléculas de água que saltam na superfície e na atmosfera; gelo de água nos pólos; e muito pequenas quantidades de água presas dentro da estrutura de algumas das rochas e minerais da lua.

Seja qual for a sua forma, a água é crítica. Os astronautas Artemis vão precisar dele para beber e para seus componentes, oxigênio e hidrogênio, que será usado para respirar e fazer combustível de foguete para viagens espaciais profundas.

As reservas de água lunar mais promissoras parecem estar nas crateras permanentemente sombreadas nos pólos, que estão entre os lugares mais frios do sistema solar e, portanto, bom em preservar coisas como água, os cientistas esperam. Esse, além da luz solar abundante, é por isso que o Pólo Sul da lua é a região alvo de uma missão humana Artemis.

O desafio é esse, em geral, instrumentos de sensoriamento remoto podem detectar 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 uso humano ou se é apenas a ponta do iceberg. Os astronautas da Artemis precisarão cavar abaixo da superfície para descobrir.