LADEE

Știați că Luna are atmosferă? Chiar dacă este foarte subțire și rarefiată, ea există și cercetătorii cred că este cel mai întâlnit tip de atmosferă din sistemul solar, așa că i-au dat și un nume frumos: exosferă periferică, deși au recunoscut că nu se cunosc detalii despre ea.

Pentru a clarifica nițel lucrurile, NASA va lansa peste câteva zile spre Lună sonda LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer). Totul a pornit din timpul misiunilor Apollo, când astronauții ajunsi pe Lună au observat un halou când priveau spre orizont, în timpul apusului. LADEE va determina dacă praful din atmosfera Lunii este responsabil pentru acest fenomen, sau avea de-a face cu alte mecanisme deocamdată neelucidate.

Principalele obiective ale misiunii sunt determinarea cât mai exactă a densității și compoziției atmosferei, precum și măsurarea variabilității spațiale și temporale a acesteia, investigarea modului de interacțiune cu suprafața selenară, caracterizarea prafului exosferic și impactul său asupra atmosferei și studiul amănunțit (dimensiune particule, sarcini electrice și distribuția spațială a sarcinilor electrostatice) al firelor de praf lunare. Misiunea va dura aproximativ 100 de zile și va începe la 30 de zile după lansare.

Sonda conține trei instrumente științifice: un spectrometru în ultraviolet și vizibil (UVS), un spectrometru de masă (NMS) și un detector de particule (LDEX). Primul instrument va analiza compoziția atmosferei și poate detecta de la distanță prezența prafului lunar, folosind radiația luminoasă cu lungimea de undă cuprinsă între 230 și 810 nanometri. Spetrometrul de masă, al doilea instrument, va măsura variații ale compoziției chimice din atmosfera lunară, fiind capabil să detecteze gaze precum argon (care este un marker al activității geologice interne), heliu (important pentru a înțelege importanța vântului solar în generarea și dinamica exosferei lunare), dar și elemente metalice, semnale ale unor procese mai energetice care pot avea loc la suprafața Lunii (cum ar fi, spre exemplu, împrăștierea materialului meteoritic de la suprafața Lunii de către vântul solar). Spectrometrul poate detecta atât gaze neutre (pe care le ionizează pentru a putea fi detectate), cât și ioni prezenți deja în jurul satelitului nostru natural.

Pe lângă aceste trei instrumente, LDEE va fie echipată și cu un dispozitiv experimental de comunicații, Lunar Laser Communication Demonstration (LLCD) care, după cum îi spune și numele, va testa o tehnologie nouă de transmisii de date între sondă și Pământ folosind radiația luminoasă, spre deosebire de comunicațiile radio, omniprezente deocamdată în sondele interplanetare. Noua tehnologie promite posibilitatea transmiterii unei cantități mai mari de date folosind terminale cu volum și masă reduse și deci mai ieftine. Trei stații terestre vor sta cu ochii ațintiți spre LADEE: una la White Sands (New Mexico), alta în California și o a treia în Tenerife, la un observator al Agenției Spațiale Europene.

La finalul misiunii, LDEE va plonja spre suprafața Lunii, continuând să transmită date până în ultima clipă. Din păcate, misiunea este limitată de nivelul de combustibil de la bord, iar sonda va trebui să efectueze o serie de acrobații și manevre pentru a-și îndeplini misiunea. O orbită circulară 50 x 50 kilometri necesită corecții la fiecare 3-5 zile, datorită câmpului gravitațional neuniform al Lunii, așa că sonda va petrece cât mai mult timp posibil pe o orbită eliptică, 50 x 150 km altitudine. Inițial, în prima fază, LADEE se va înscrie pe o orbită mai înaltă, circulară, la o altitudine de 250 km, apoi va coborî la 75 km, pentru a-și calibra instrumentele de la bord, înainte de a începe propriu-zis misiunea științifică.

LADEE este prima sondă selenară lansată de către o rachetă Minotaur 5 și prima misiune interplanetată lansată de la centrul din insula Wallops. Lansatorul are cinci trepte, toate cu combustibil solid, și o înălțime de 24.6 metri. Primele trei trepte sunt propulsate de motoare Peacemaker (folosite inițial pentru rachete balistice intercontinentale) și vor arde timp de 208 secunde, după care vor fi abandonate în oceanul Atlantic. A patra treaptă are un motor Star 48Bv și va arde 84.8 secunde, pentru a plasa încărcătura pe orbita terestră joasă. Ultima treaptă, cu un motor Star 37FM, arde timp de 63.5 secunde. Puțin după 5 minute de la consumarea combustibilului ultimei trepte, încărcătura se va desprinde de vehicul iar de aici înainte, toate manevrele vor fi efectuate de sistemul de propulsie de la bordul sondei. Timpul petrecut de LADEE în drum spre Lună depinde de momentul lansării, oportunitate care începe în data de 6 septembrie și care durează 5 zile. Fereastra extinsă se închide în data de 14 octombrie.

De dincolo de Lună

24 decembrie 1968, orbita Lunii. Probabil una din cele mai reușite fotografii realizate vreodată: Pământul, surprins răsărind de pe orbita Lunii. Imaginea a fost realizată de membrii echipajului Apollo 8, prima misiune ce avea să ducă 3 oameni în jurul Lunii, în pregătirea aselenizării ce va urma câteva luni mai târziu. Spre deosebire de alte etape ale misiunii, acest instantaneu a fost complet neprevăzut și peisajul i-a luat prin surprindere pe cei aflați în nava ce orbita Luna: Frank Borman, Jim Lovell și Bill Anders.

Luna încadrată

STS-95, Discovery, 1998. Luna este încadrată între aripa stabilizatoare a navetei, rezervorul pentru combustibil și Pământ. Datorită structuri sale și a cantității limitate de combustibil cu care poate fi încărcată, naveta spațială nu poate părăsi orbita Pământului, așa că o misiune a acestui vehicul spre Lună nu a fost niciodată luată în calcul. Forma aerodinamică a navetei o face un vehicul atmosferic excelent, dar o alegere destul de proastă pentru o misiune spre Lună, pentru care pot fi dezvoltate vehicule mult mai eficiente.

Ebb și Flow

În 10 septembrie 2011, după patru încercări nereușite începute cu două zile înainte, o rachetă Delta II, în cea mai performantă configurație disponibilă, avea să lanseze două sonde în drum spre Lună: GRAIL-A și GRAIL-B, redenumite ulterior Ebb și Flow. Pentru a conserva combustibilul de la bord, traiectoria spre orbita lunară avea să fie una complexă, ce a durat peste 3 luni, incluzând și punctul Lagrange L1 al sistemului Soare-Pământ pentru o orbită cât mai eficientă și care să consume cât mai puțin combustibil. Ca o paranteză, misiunile Apollo care ajungeau în 3 zile pe Lună.

Misiunea GRAIL? Să investigheze interiorul satelitului nostru natural prin cartografierea gravitațională a Lunii. Au făcut acest lucru prin măsurare modificării distantei dintre ele, obținând astfel cea mai precisă hartă a câmpului gravitațional al unui astru, informații ce contribuie la o mai bună cunoaștere a proceselor ce au influențat formarea Lunii și a altor corpuri din sistemul nostru solar dar și pentru planificarea viitoarelor misiuni.

Încărcate fiecare cu 103.5 kilograme de hidrazină (combustibilul folosit pentru inserția orbitală și schimbarea orientării sau a parametrilor orbitali ale sondelor), misiunea principală a celor două sonde a durat 90 de zile, după ce au ajuns pe orbita Lunii, eveniment ce a avut loc între 31 decembrie 2011 și 01 ianuarie 2012.

În timpul misiunii principale, sondele au zburat în formație la o altitudine de 55 de kilometri, după care, în timpul misiunii extinse, începând din 30 august 2012, altitudinea a fost coborâtă la o medie de 23 kilometri iar din 6 decembrie, la doar 6 kilometri. Uneori cele două sonde s-au aflat la doar 2 kilometri munții selenari. Menținerea unei astfel de orbite joase consumă combustibil, sondele find nevoite să folosească corecții orbitale săptămânale. Dacă ar fi păstrat o altitudine mai mare, misiunea lor ar fi putut dura mai mult timp, însă nu ar fi obținut o precizie la fel de mare a rezultatelor.

Astăzi, Ebb și Flow au de executat un ultim experiment: impactul cu solul selenar.

După consumul combustibilului de la bord, sondele nu mai pot fi controlate, astfel că NASA are două variante: ori înscrie sondele pe orbite care să nu interfereze cu alte activități spațiale prezente sau viitoare, ori să le prăbușească controlat pe suprafața celui mai apropiat corp, în cazul de față, Luna. Pentru GRAIL a fost aleasă a doua misiune, din mai multe motive. Unul dintre ele ar fi cantitatea de combustibil necesară pentru această manevră, mult mai mică decât pentru ieșirea de pe orbita Lunii și pentru înscrierea pe o traiectorie în derivă. Un al doilea motiv, mult mai important, este legat de un ultim studiu la care vor participa Ebb și Flow. Iar prăbușirea controlată este tot timpul preferată uneia necontrolate, așa că NASA se va asigura că cele două sonde nu vor ajunge în apropierea locurilor vizitate în cadrul misiunilor Apollo.

În prezent, nu există o metodă prin care cei care controlează de la sol sondele spațiale să poată cunoaște cu exactitate volumul de combustibil aflat la bord. Rezervoarele sunt umplute cu o cantitate cunoscută, apoi, după fiecare manevră, se estimează doar cantitatea de combustibil rămasă, necesară pentru restul misiunii. Acest procedeu a funcționat bine până în prezent, dar există oricând posibilitatea de a rafina un astfel de model, folosind date brute.

Ebb și Flow și-au pornit ieri propulsoarele pentru ultima dată, consumând întreaga cantitate de combustibil rămasă la bord în 9 minute, permițându-le celor de la sol să verifice dacă estimarea lor cu privire la nivelul de combustibil rămas la bord este una corectă. Sondele vor survola la joasă altitudine peisajul selenar, cu rezervoare goale, plonjând în cele din urmă în formele de relief, cu o viteză de 1.7 kilometri pe secundă. Flow și Ebb vor lovi un munte selenar încă nebotezat, aflat în apropierea craterului Goldschmidt, aproape de polul nord (75.62°N, 26.63°W), la 20 de secunde distanță. Impactul nu va putea fi observat de pe Pământ, dar sonda LRO aflată pe orbita Lunii a încercat să îl surprindă, la fel cum a surprins și impactul LCROSS din 2009. LRO va fotografia zona și după eveniment, pentru a studia compoziția muntelui și a materiei expulzate în urma impactului. Echipa GRAIL speră ca sondele să dizloce materiale volatile aflate în solul lunar, care să poate fi identificate de către instrumentele aflate la bordul LRO aflat pe orbita Lunii, deși șansele pentru acest lucru sunt destul de scăzute.

Impactul va avea loc mâine, în jurul orei 00:28.

Datele obținute prin misiunea GRAIL vor îmbunătăți considerabil precizia viitoarelor misiuni selenare, reducând riscul asociat acestora și reducându-le astfel costurile. Deja câteva din datele primite au fost interpretate și publicate. Astfel, se pare că crusta selenară este mai subțire decât se credea: în loc de 50 km, aceasta are o grosime între 34 și 43 km, ceea ce sugereaă că unele structuri rezultate prin impactul cu asteroizi (spre exemplu, Marea Orientalis) ar fi putut penetra întreaga crustă și ar fi expus material din mantaua selenară. Crusta ar putea fi fracturată în mai multe locuri și aceasta ar putea fi situația și pentru alte corpuri cu atmosferă mult prea slabă pentru a opri majoritatea acestor asteroizi. Dacă la fel s-a întâmplat și pe Marte, apa care ar fi existat cândva pe suprafața planetei s-ar fi putut scrus prin aceste crăpături în manta, ascunzându-se astăzi căutărilor noastre. O altă performanță reușită de misiunea GRAIL este încadrarea în bugetul estimat inițial. De fapt, misiunea s-a încadrat atât de bine în buget încât la final echipa va trebui să returneze 8 milioane de dolari nefolosiți din cei aproape 500 de milioane estimați inițial, un lucru rar întâlnit în cadrul NASA.

Interiorul Lunii

Seismografele lăsate de echipajele Apollo pe suprafața Lunii acum 30 de ani continuă să fie de folos celor implicați în studiul compoziției satelitului nostru natural.

O echipă de cercetători de la Centrul Marshall (din cadrul NASA), Huntsville (Alabama) a publicat recent în Science un studiu realizat după datele primite de la cele cinci seismografe aflate pe Lună, în prima jumătate a anilor ’70, date despre mișcarea suprafeței satelitului. Calculatoarele din acei ani erau prea rudimentare pentru a putea prelucra aceste date. În ultimii ani, datele au fost reanalizate folosind tehnici analitice moderne și computere mult mai rapide.

La fel ca și în cazul Pământului, suprafața Lunii este uneori zguduită de cutremure. Acestea crează unde care se propagă și se reflectă în profunzimea Lunii iar analizarea acestora poate livra detalii despre structura Lunii. Echipa de cercetători condusă de Renne Webber crede că nucleul Lunii, care are o vechime de 4.5 miliarde de ani, este format din fier lichid, similar cu nucleul planetei noastre. Raza porțiunii lichide a nucleului lunar ar fi, după ultimele estimări, de 330 kilometri (estimările anterioare ofereau valoarea de 365 kilometri, valoare care nu este semnificativ diferită, dacă ținem cont de incertitudinile acestor măsurători). In interiorul acestei formatiuni s-ar gasi un miez solid cu raza de 240 km, la fel ca un cazul Pamantului.

Noile (vechile?) date vor fi de folos studiilor formării și evoluției sistemului nostru solar, lărgind în același timp orizontul cunoștințelor noastre despre Lună.