Поверхность луны лунная пыль

Тайна лунной пыли

Кейт Грин (KATE GREENE)

Когда Нил Армстронг (Neil Armstrong) и Базз Олдрин (Buzz Aldrin) вернулись с Луны, в багаже у них было более 20 килограммов лунной почвы и камней, которые были упакованы в алюминиевый контейнер с уплотнителями. Благодаря им внутри поддерживалось низкое давление — как на лунной поверхности. Но когда контейнер попал к ученым в космический центр Хьюстона, они обнаружили, что эти уплотнения разрушила лунная пыль.

«Агрессивная природа лунной пыли представляет собой более серьезную проблему для инженеров и для здоровья поселенцев, чем радиация», — написал в 2006 году в своей книге «Возвращение на Луну» (Return to the Moon) астронавт из экипажа «Аполлона-17» Гаррисон «Джек» Шмитт (Harrison (Jack) Schmitt). Эта пыль пачкала скафандры и слоями снимала подошвы лунных ботинок. За шесть полетов «Аполлонов» низкое давление не удалось сохранить ни в одном контейнере с лунной породой. Пыль проникала вслед за астронавтами и вовнутрь космических кораблей. По словам Шмитта, она пахла порохом, и из-за нее было трудно дышать. Никто точно не знает, какое воздействие эти микроскопические частицы оказывают на легкие человека.

Пыль не просто покрывает поверхность Луны, она поднимается почти на стокилометровую высоту над ней, составляя часть ее экзосферы, где частицы привязаны к Луне силой притяжения, но расположены настолько редко, что почти никогда не сталкиваются. В 1960-е годы зонды Surveyor сняли сверкающее облако, которое во время восхода солнца плыло прямо над лунной поверхностью. Позднее астронавт «Аполлона-17» Джин Сернан (Gene Cernan), облетая Луну, зафиксировал аналогичное явление в области резкой линии, где лунный день встречается с ночью, назвав его «Терминатор». Сернан сделал несколько зарисовок, показав, как меняется пылевой ландшафт. Сначала потоки пыли поднимались с поверхности и зависали, а потом образовавшееся облако стало видно отчетливее, когда космический корабль приблизился к зоне дневного света. А поскольку ветра для формирования облака не было, его происхождение осталось загадкой. Есть предположение, что такие облака состоят из пыли, но никто не понимает, как они формируются и почему.

Возможно, на линии дня и ночи образуется электрическое поле, когда солнечный свет встречается с тенью. Оно вполне может поднять частицы пыли вверх. Физик из Колорадского университета в Боулдере Михали Хораньи (Mihály Horányi) продемонстрировал, что лунная пыль действительно может реагировать на такие электрические поля. Однако у него есть подозрения, что этот механизм недостаточно мощен, чтобы удерживать таинственные сверкающие облака в пространстве.

Источник

Все за сегодня

Политика

Экономика

Наука

Война и ВПК

Общество

ИноБлоги

Подкасты

Мультимедиа

Тайна лунной пыли

Лунная пыль — мелкая, как порошок, но она режет не хуже стекла. Пыль эта образуется при падении метеоритов на лунную поверхность. Они раскаляют и размельчают скальные породы и почву, которые содержат кварц и железо. А поскольку на Луне нет ветра и воды, чтобы закруглить режущие края, крошечные крупинки очень острые и имеют зазубрины. И они прилипают почти ко всему.

«Агрессивная природа лунной пыли представляет собой более серьезную проблему для инженеров и для здоровья поселенцев, чем радиация», — написал в 2006 году в своей книге «Возвращение на Луну» (Return to the Moon) астронавт из экипажа «Аполлона-17» Гаррисон «Джек» Шмитт (Harrison (Jack) Schmitt). Эта пыль пачкала скафандры и слоями снимала подошвы лунных ботинок. За шесть полетов «Аполлонов» низкое давление не удалось сохранить ни в одном контейнере с лунной породой. Пыль проникала вслед за астронавтами и внутрь космических кораблей. По словам Шмитта, она пахла порохом, и из-за нее было трудно дышать. Никто точно не знает, какое воздействие эти микроскопические частицы оказывают на легкие человека.

Данные новой космической миссии способны помочь ученым в поиске более достоверного объяснения. Прошли десятилетия с тех пор, как американские астронавты и луноходы исследовали Луну, но лунная пыль сегодня снова вызывает интерес, поскольку уже объявлено о подготовке к пилотируемым и беспилотным полетам на Луну в рамках сразу нескольких международных и коммерческих космических программ. В сентябре НАСА запустила маленький зонд LADEE (исследовательский корабль лунной атмосферы и пылевой среды), который на протяжении нескольких месяцев будет анализировать пыль и молекулы, окружающие единственный естественный спутник Земли.

Этот зонд размером с небольшой автомобиль, и он заключен в оболочку из солнечных панелей. В носовой части корабля имеется четыре квадратных прибора. Это пылемер, частично сконструированный Хораньи, и два химических анализатора для идентификации молекул таких веществ, как гелий и натрий. На боку зонда установлено коммуникационное устройство, передающее на Землю при помощи лазерного пучка данные, например, о количестве больших и малых частиц, об их местоположении и так далее. Недавно это устройство установило рекорд по скорости связи между НАСА и Луной, передав данные на расстояние почти 400 тысяч километров со скоростью 622 мегабита в секунду. Это примерно в 70 раз превышает скорость среднего широкополосного соединения в США.

Время для этого полета стоимостью 280 миллионов долларов выбрано весьма удачно, потому что приборы LADEE получают почти ничем не искаженную картину плотности пыли и химического состава Луны, опережая всех остальных. Китай, Индия, Япония и Россия объявили, что планируют отправить свои зонды и луноходы в предстоящие годы. Премия Google Lunar X PRIZE дает инженерам неплохой стимул для создания автоматического лунохода с камерами, который должен прилуниться и начать передавать картинку с лунной поверхности на Землю к 2015 году. Начинающая космическая компания Golden Spikе намерена в следующем десятилетии приступить к пилотируемым полетам.

Когда миссия LADEE через несколько месяцев будет завершена, зонд станет составной частью того объема космического материала в 15 тонн, который ежедневно падает на Луну. Он создаст свое собственное облако лунной пыли, передавая на Землю последние данные.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

Источник

Почему лунная пыль смертельна для человека?

Есть легенда, что в космосе никто не слышит, как вы чихаете. Но астронавт «Аполлон-17» Харрисон Шмитт много делал это в командном модуле Challenger, когда они посетили Луну в 1972 году.

Однажды, после лунной прогулки, Шмитт случайно вдохнул часть лунной пыли, которую он и его командир вымели с жилого помещения Челленджера. В течение дня Шмитт страдал от того, что он назвал «лунной сенной лихорадкой». Его глаза горели и слезились, горло пульсировало, и он чуть ли не «взорвался» от чиханья.

Нет, у Шмитта не было аллергии на луну. Ученые NASA теперь понимают, что кусочки лунной пыли — особенно самые маленькие и есть самыми острыми частицами — представляют собой явные риски для здоровья космонавтов. Недавнее исследование, опубликованное в апрельском выпуске журнала GeoHealth, показало, насколько опасная лунная пыль, и что она может вызывать изменения организма на клеточном уровне, результаты столь же зловещие, как и темная сторона Луны. В нескольких лабораторных тестах одна чаша реплики лунной пыли оказался достаточно токсичной, чтобы убить до 90 процентов клеток легкого и мозга, подвергшихся воздействию.

Пыльная дилемма

Пыль на луне ведет себя немного иначе, чем пыль на Земле. Начнем с начала, пыль — острая как стекло. Поскольку на Луне нет ветра, пыль никогда не разрушается. по этому зерна лунной пыли, которые в значительной степени являются продуктами микрометеоритных ударов, остаются острыми и абразивными и могут легко врезаться в клетки легких космонавта, если он будет слишком глубоко дышать.

Кроме того, лунная пыль может плавать. Без атмосферы для защиты Луны от постоянной бомбардировки солнечными ветрами и заряженных частиц, которые они несут, лунный грунт может стать электростатически заряженным, как одежда со статическим прилипанием.

«Этот заряд может быть настолько сильным, что частицы почвы фактически левитируют над лунной поверхностью», — пишут авторы в новом исследовании.

Оттуда, пыль легко цепляться за уголки и трещины скафандра космонавта и следует за ним. Эти пылевые частицы могут забивать чувствительное оборудование, застрять на молнии, разрушать одежду и, как обнаружил Шмитт, наносить ущерб человеческому организму, если его случайно проглотили/вдохнули космонавты.

Создание лунной пыли

В своем новом исследовании группа ученных из Университета Стоуни Брук в Нью-Йорке хотела выяснить, насколько опасна легкая лунная пыль. Поскольку реальную лунную почву трудно найти на Земле, команда использовала пять симуляторов земного источника, чтобы представлять пыль, обнаруженную на разных участках лунного ландшафта. Симуляторы включали вулканический пепел из Аризоны, пыль очищалась от потока лавы и совмещалась с стекловидным лабораторным порошком, разработанным Геологической службой США для использования в лунных исследованиях почв, подобных этим.

Команда измерила влияние лунной пыли на человеческие органы, смешивая их образцы почвы непосредственно с человеческими клетками легких и клетками мозга мыши, выращенными в их лаборатории. Ученые обосновали каждый образец почвы до трех разных степеней зернистости, самый тонкий из которых был всего в несколько микрометров (меньше ширины человеческого волоса) и легко мог всасываться в легкие человека.

Когда команда провела осмотр своих клеток через 24 часа, они обнаружили, что каждый тип почвы вызывал некоторую степень смерти мозга и легких. Образцы самой тонкой зернистости оказались наиболее смертоносными, убив до 90% клеток, которые были подвергнуты воздействию. Клетки, которые не были уничтожены напрямую, показали признаки повреждения ДНК, которые могут привести к раку или нейродегенеративным заболеваниям, если их не восстановить, пишет исследователи.

«Очевидно, что избегание ингаляции лунной пыли будет важно для будущих исследователей», — пишут авторы.

К счастью, НАСА серьезно относится к этой проблеме в течение длительного времени и разрабатывает несколько методов смягчения пыли. Одна многообещающая стратегия: покрыть чувствительные поверхности электродинамическим пылевым щитом — по существу, электрически заряженные панели, которые снимают токи через тонкие провода, чтобы удалить пыль. Ранние лабораторные исследования показали, что экраны хорошо работают, и некоторые образцы панелей в настоящее время проходят испытания на Международной космической станции. В будущем узнаем, могут ли панели быть включены и в скафандры космонавтов.

Источник

Насколько быстро пыль оседает на Луне?

Как проводили измерения учёные Apollo?

Астронавты Apollo говорили, что пыль — это проблема номер один окружающей среды на Луне и главная причина беспокойства при возвращении на Луну. Она легко поднимается и перемещается. Это может нанести серьёзный ущерб в ходе исследовательской деятельности. (О вреде лунной пыли мы писали ранее: vk.cc/9K5Fnf )

Атмосфера Луны очень разреженная, но при этом спутник Земли всё время окружён ассиметричным облаком пыли, которое образуется в результате микрометеоритной бомбардировки. Перемещение пыли по лунной поверхности может иметь естественные причины или быть вызвано действиями человека. Естественные причины — восход и заход Солнца, ультрафиолетовые лучи которого вызывают электризацию пыли, солнечный ветер или столкновение с микрометеоритами. Антропогенные — деятельность астронавтов или роботов, посадка и взлёт космических аппаратов.

Приборы Apollo несколько раз засорялись лунной пылью, и это сказывалось на успехе всей программы. Работу сейсмометра, доставленного Apollo 11, пришлось преждевременно прекратить — он перегрелся и отключился из-за засорения пылью. Она поднялась из-за выхлопов двигателя спускаемого аппарата. А во время программы Apollo 15 при спуске на Луну пыль поднялась, и пришлось проводить посадку с нулевой видимостью. В итоге посадочный аппарат опустился на краю неглубокого кратера на склоне под углом 11 градусов (угол в 15 градусов считался предельно допустимым для безопасного взлета стартовой ступени).

Во время экспедиций Apollo 12, Apollo 14 и Apollo 15 учёные проводили серию экспериментов DDE (Dust Detector Experiment) по измерению скорости осаждения пыли, излучения заряженных частиц и температуры. Считается, что эти три фактора оказали воздействие на работу приборов, которые размещались на высоте 100 см от поверхности Луны. Измерения проводились так называемыми «лунными метеорологическими станциями», доставленными кораблями Apollo. Это солнечные элементы размером со спичечный коробок и весом 270 граммов. Из трёх мест на Луне они пересылали данные на Землю, где информация записывалась на магнитные ленты. Долгое время считалось, что записи были утеряны, однако в 2013 году они нашлись в Австралии.

В том же году Брайан О’Брин (Brian J. O’Brien) и Моник Холлик (Monique Hollick) проанализировали результаты, полученные в ходе экспериментов Apollo. Они выяснили,что верхняя граница скорости осаждения лунной пыли (передвижение которой вызвано естественными и антропогенными причинами) составляет 100 микрограммов на квадратный сантиметр в год, то есть около 1 миллиметра за 1000 лет.

Что удалось узнать китайцам?

В конце 2013 года на Луну отправился китайский луноход Chang’e 3. В рамках этой программы также проводилось исследование по измерению скорости осаждения лунной пыли. Результаты получили с помощью одного из датчиков аппарата LDD (Lunar dust detector) — кварцевых микровесов (sticky quartz crystal microbalance, SQCM). Они состоят из кварцевой пластины, сверху и снизу которой есть электроды. Когда к ним подключается переменное напряжение, пластина начинает колебаться и, при определённой частоте, наступает резонанс. Когда вещество попадает на поверхность весов, резонансная частота пластины изменяется, и на основе этого рассчитывается масса.

Весы SQCM были горизонтально установлены на ящике с регулируемой температурой в левой передней части посадочного аппарата Chang’e 3 на высоте 190 см от поверхности Луны. Его основная цель — измерение массы лунной пыли, перемещение которой было вызвано естественными факторами. Замеры проводились во время лунных дней на протяжении года. Ящик открывался на восходе и закрывался на закате при высоте Солнца в 20°. Это было необходимо, чтобы приборы не переохлаждались во время суровой лунной ночи. Исключением был первый лунный день, когда ящик открылся при высоте Солнца в 35°. В полдень также закрывалась верхняя крышка ящика, чтобы избежать перегрева инструментов.

Для точного определения массы осаждения пыли на лунной поверхности учёные откалибровали весы SQCM в ходе наземных экспериментов. Заранее была определена зависимость между изменением массы, резонансной частоты и температурой датчика. В первые 30 часов после прилунения весы SQCM были закрыты специальным щитом, чтобы уменьшить воздействие лунной пыли, движение которой было вызвано посадкой аппарата.

Как было сказано выше, в весах SQCM масса лунной пыли рассчитывалась на основе изменения резонансной частоты пластины. В ходе исследования Chang’e 3 выяснилось, что резонансная частота в значительной степени зависит от температуры. На протяжении лунного дня резонансную частоту и температуру измеряли несколько раз. А затем по каждому дню брали средний показатель.

Исследование длилось 12 лунных суток (около 11,5 земных месяцев). Однако приборы были активны не всё это время. Они включались только при определённой высоте Солнца и работали в течение нескольких земных дней. Общее время, в которое производились замеры массы, составило 121 земной день, то есть одну треть года. За это время весы SQCM насчитали накопление пыли массой 6,5 микрограммов. С учётом времени работы весов и всех поправок, китайские ученые оценили среднегодовое накопление пыли в размере 21,4 микрограммов на квадратный сантиметр. Этот показатель примерно в 5 раз меньше данных Apollo 12.

Почему данные так разнятся?

Причин расхождения результатов программ Chang’e-3 и Apollo несколько. Во-первых, аппарат Apollo 12 работал в регионе, возраст которого составляет около 240 млн лет, а место посадки Chang’e-3 — недалеко от ударного кратера, заполненного застывшей базальтовой лавой, — появилось 27-100 млн лет назад. Здесь образовалось меньше лунной пыли, и показатель её годовых осаждений тоже оказался ниже.

Во-вторых, важный фактор — характер деятельности на Луне во время измерения пыли. Посадочные аппараты Apollo взлетали с поверхности Луны, как только завершали свою задачу. Из-за ракетных выхлопов поднималось много пыли. Соответственно, показания приборов тоже были выше, чем у Chang’e-3, который на лунной поверхности был куда менее активен.

В-третьих, отличаются характеристики инструментов, которые измеряли пыль. Во время миссии Apollo выяснилось, что, когда на солнечных батареях накапливалось много лунной пыли, они получали меньше света. Из-за этого ухудшалась их работа. О’Брин отмечает, что, даже по сравнению с губительной радиацией, воздействие пыли на энергию, которую вырабатывают солнечные батареи, оказывается в разы сильнее. На основе скорости ухудшения работы батарей удалось высчитать скорость осаждения и массу лунной пыли. Однако вычисления зависели от размера и формы частиц, поэтому полученная картина оказалась приблизительной. К счастью, такую зависимость удалось предотвратить на весах SQCM. Так как масса лунной пыли рассчитывалась на основе изменения резонансной частоты пластины весов, в исследовании Chang’e 3 размер и форма частиц пыли были уже не важны.

Возможно, высота размещения инструментов также сыграла свою роль в расхождениях показателей двух программ. В случае с весами SQCM она составила 190 см от лунной поверхности, а Apollo – 100 см.

Результаты экспериментов Apollo показывают лишь верхнюю границу скорости осаждения пыли. Chang’e предоставляет более точные результаты. Вероятно, что в разных областях на Луне этот показатель будет неодинаков, однако даже те данные, которые имеются сейчас, могут оказаться очень полезными.

На сегодняшний день лунная пыль всё ещё представляет собой большую проблему для проведения исследований на Луне. Она может навредить как аппаратам и приборам, которые сейчас там работают, так и людям, которые однажды туда вернутся. Изучение свойств лунной пыли, таких как как скорость осаждения, масса и других, играет важнейшую роль для поиска способов защиты от неё. Именно программы Apollo и Chang’e положили начало решению этой непростой проблемы.

Источник