Πώς θα επιστρέψει η ανθρωπότητα στη Σελήνη:Το μέλλον της σεληνιακής εξερεύνησης

Για σχεδόν 40 χρόνια, ο πλησιέστερος κοσμικός γείτονάς μας, η Σελήνη, έμεινε μόνος καθώς κοιτάζαμε αλλού στο Ηλιακό Σύστημα. Αυτό άλλαξε το 2013, όταν το κινεζικό προσεδάφιο Chang'e 3 προσγειώθηκε στη σεληνιακή επιφάνεια. Από τότε υπήρξε μια έκρηξη ενδιαφέροντος για τη Σελήνη. Η NASA, η Κίνα και ακόμη και ιδιωτικές εταιρείες επιστρέφουν σε αυτό, με δεκάδες ρομποτικές και ανθρώπινες αποστολές να σχεδιάζονται. Τα πράγματα πρόκειται να γεμίσουν πολύ περισσότερο στη σεληνιακή επιφάνεια την επόμενη δεκαετία, αλλά αυτή τη φορά, θα μείνουμε.

«Γνωρίζουμε ότι η Σελήνη έχει πιθανούς πόρους που θα είναι χρήσιμοι για την εξερεύνηση του διαστήματος», λέει ο Ian Crawford, καθηγητής πλανητικής επιστήμης από το Birkbeck του Πανεπιστημίου του Λονδίνου. "Ιδιαίτερα ο πάγος νερού παγιδευμένος στις πολύ σκοτεινές σκιές των κρατήρων στους πόλους."

Σε αντίθεση με τη Γη, ο άξονας της Σελήνης δεν έχει κλίση σε μεγάλη γωνία, επομένως ο Ήλιος βρίσκεται συνεχώς από πάνω όταν βρίσκεστε στον σεληνιακό ισημερινό. Ωστόσο, εάν βρίσκεστε στους σεληνιακούς πόλους, ο Ήλιος είναι πάντα στον ορίζοντα, δημιουργώντας μακριές, μόνιμες σκιές στους γύρω κρατήρες. Κρυμμένες από τον Ήλιο για δισεκατομμύρια χρόνια, οι θερμοκρασίες σε αυτούς τους κρατήρες είναι αρκετά χαμηλές ώστε ο πάγος του νερού να μπορεί να επιβιώσει σε αυτούς και αυτό είναι που έχει τραβήξει το ενδιαφέρον όλων.

«Το νερό είναι μια εξαιρετικά χρήσιμη ουσία για την εξερεύνηση του διαστήματος, σίγουρα στο πλαίσιο της ανθρώπινης εξερεύνησης», λέει ο Crawford. «Είναι μια απαίτηση για τη ζωή, αλλά μπορεί επίσης να διασπαστεί σε οξυγόνο και υδρογόνο. Σε συνδυασμό, είναι ένα χρήσιμο προωθητικό πυραύλων."

Αν και οι πλανητικοί γεωλόγοι έχουν δει σημάδια σεληνιακού πάγου εδώ και χρόνια, η πρώτη οριστική απόδειξη της παρουσίας νερού ήρθε το 2018, μετά από λεπτομερή ανάλυση από το Moon Mineralogy Mapper της NASA στο ινδικό σεληνιακό τροχιακό Chandrayaan-1.

Ενώ έχουμε άφθονο νερό εδώ στη Γη, είναι βαρύ – κάθε κυβικό μέτρο ζυγίζει 1.000 κιλά. Η εκτόξευση στο διάστημα απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας. Αν, αντ' αυτού, μπορούσαμε να βρούμε έναν τρόπο συλλογής νερού πέρα ​​από τη βαρυτική έλξη της Γης, θα επέτρεπε μεγαλύτερα και πιο φιλόδοξα έργα, τόσο στη Σελήνη όσο και πέρα ​​από αυτήν.

"Εάν πρόκειται να συμμετάσχουμε σε ένα πρόγραμμα ανθρώπινης εξερεύνησης του διαστήματος, η Σελήνη είναι το προφανές μέρος για να ξεκινήσουμε", λέει ο Crawford.

Ενώ φαίνεται να υπάρχει νερό και στους δύο πόλους, είναι πιο συγκεντρωμένο στο νότο. Μια περιοχή γνωστή ως Λεκάνη του Νότιου Πόλου-Aitken - ο μεγαλύτερος κρατήρας πρόσκρουσης της Σελήνης - φιλοξενεί πολλά μεγάλα κοιτάσματα πάγου. Αυτό που δεν είναι σαφές, ωστόσο, είναι ποια μορφή παίρνει ο πάγος.

«Είμαστε ακόμα στην αρχική φάση αναζήτησης», λέει ο Crawford. «Δεν ξέρουμε αν πρέπει να ερευνούμε μεγάλα κομμάτια πάγου εδώ κι εκεί ή απλώς μικροσκοπικούς κόκκους πάγου σε μέγεθος μικρού ανακατεμένοι με το σεληνιακό έδαφος».

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την εξερεύνηση της Σελήνης:

• Race to the Moon:Μέσα στα σχέδια της Κίνας για την κατασκευή μιας σεληνιακής βάσης
• Lunar Orbital Platform-Gateway:Ο επόμενος διαστημικός σταθμός θα κάνει τροχιά γύρω από τη Σελήνη

Η NASA σχεδιάζει μια αποστολή να στείλει το Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) στη λεκάνη του Aitken το 2023. Μόλις φτάσει εκεί, θα οδηγηθεί στη σκιά ενός από τους κρατήρες για να ερευνήσει τον πάγο στην επιφάνεια και, με το τρυπάνι του, δύο μέτρα κάτω από αυτό.

Το νερό έχει επίσης ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους επιστήμονες. Καθώς έχει παραμείνει αδιατάρακτη για εκατομμύρια, ή μερικές φορές δισεκατομμύρια, χρόνια, δίνει στους πλανητικούς γεωλόγους ένα παράθυρο στο παρελθόν.

«Η Σελήνη είναι πολύ αρχαία και γεωλογικά ανενεργή, πράγμα που σημαίνει ότι είναι ένα είδος μουσείου για την εξέλιξη των βραχωδών πλανητών - [οι βράχοι της κρατούν] ένα ρεκόρ της παλαιότερης εξέλιξής της λίγο μετά τον σχηματισμό της», λέει ο Crawford. Ο πάγος θα μπορούσε να λειτουργήσει ως αρχείο, περιγράφοντας λεπτομερώς πώς το νερό έφερε στη Σελήνη από κομήτες και αστεροειδείς. Καθώς αυτά θα είχαν επίσης μεταφέρει νερό στον πλανήτη μας, μια τέτοια κατανόηση θα μας έλεγε τόσο για την ιστορία της Γης όσο και για τη Σελήνη.

Ενώ πολλές αποστολές θα ήθελαν να ακολουθήσουν το νερό και να εξερευνήσουν τις πολικές περιοχές, αυτό δεν είναι χωρίς προκλήσεις. Μέχρι τώρα, οι περισσότερες σεληνιακές αποστολές έχουν αγγίξει γύρω από τον ηλιόλουστο ισημερινό, όπου τα ηλιακά πάνελ μπορούν εύκολα να παρέχουν ενέργεια. Είναι πολύ πιο δύσκολο όταν κατευθύνεστε κάπου που είναι σε μόνιμο σκοτάδι.

Ορισμένες πρώιμες αποστολές, όπως το VIPER, θα χρησιμοποιούν επαναφορτιζόμενες μπαταρίες για να πραγματοποιούν σύντομες παραμονές στις σκιές, αλλά οι πιο μακροπρόθεσμες αποστολές θα απαιτούν περισσότερη σκέψη. Εάν οι μελλοντικοί αστροναύτες σχεδιάζουν να εξορύξουν τον σεληνιακό πάγο, θα χρειαστούν μια μόνιμη βάση για να το κάνουν και αυτό θα απαιτήσει μια πολύ συγκεκριμένη τοποθεσία για να ευημερήσουν.

«Το καλύτερο μέρος, αν μπορούσατε να το βρείτε στη Σελήνη, θα ήταν μια μόνιμα σκιασμένη περιοχή με νερό, κοντά σε μια κορυφή με επίμονο φως που θα μπορούσε να παραμείνει ηλιοφάνεια σχεδόν όλο το χρόνο για ενέργεια από ηλιακούς συλλέκτες και μια σπηλιά για καταφύγιο», λέει. John Thornton από την Astrobotic, την εταιρεία που ανατέθηκε στη NASA για τη μεταφορά του VIPER στη Σελήνη. «Τα σπήλαια παρέχουν ένα ωραίο, θερμικό περιβάλλον υπόγεια. Αν μπορούσαμε να βρούμε αυτήν την τοποθεσία, δεν υπάρχει αμφιβολία ότι αυτό θα είναι το μέρος όπου θα εμφανιστεί ένας ανθρώπινος οικισμός."

Μόλις βρεθεί ένα σημείο, τότε γίνεται περίπτωση κατασκευής βάσης. Αρχικά, αυτό πιθανότατα θα γίνει με δομές που μεταφέρονται από τη Γη, αν και οι περιορισμοί βάρους και μεγέθους στα οχήματα εκτόξευσης θα περιορίσουν το τι μπορεί να σταλεί, επομένως θα ήταν πολύ καλύτερο να χτιστεί μια βάση επί τόπου. Ευτυχώς, υπάρχουν οικοδομικά υλικά παντού στη Σελήνη. Πολλά έργα εξετάζουν τη συγκομιδή του ρεγολίθου – του λεπτού στρώματος σκόνης που δημιουργείται από μικρομετεωρίτες που κονιοποιούν τους σεληνιακούς βράχους – και τη χρήση του για δομές τρισδιάστατης εκτύπωσης.

Μακροπρόθεσμα, θα μπορούσε να είναι δυνατή η εξαγωγή σιδήρου και τιτανίου από σεληνιακά πετρώματα. Θα χρειαζόταν να φτιάξουμε ένα διυλιστήριο για να τα επεξεργαστούμε, αλλά η πρόσβαση σε τέτοια μέταλλα πέρα ​​από τη βαρύτητα της Γης θα μας επέτρεπε να κατασκευάσουμε πολύ μεγαλύτερες δομές και διαστημόπλοια. Το διαστημόπλοιο Clementine, που εκτοξεύτηκε τον Ιανουάριο του 1994, ανίχνευσε τα υψηλότερα επίπεδα μετάλλων γύρω από τη σεληνιακή φοράδα - τις σκοτεινές περιοχές που δημιουργήθηκαν από αρχαίες ροές λάβας. Ως πρόσθετο πλεονέκτημα, τα περισσότερα μεταλλεύματα είναι οξείδια, επομένως θα παράγουν οξυγόνο ως υποπροϊόν.

Αλλά δεν είναι τόσο εύκολο να εξαχθούν όλοι οι πιθανοί σεληνιακόι πόροι. Υπολογίζεται ότι υπάρχουν περίπου δισεκατομμύρια τόνοι ηλίου-3, μια πιθανή πηγή καυσίμου, στη σεληνιακή επιφάνεια, αλλά η εξόρυξή του θα απαιτούσε ένα τεράστιο βιομηχανικό συγκρότημα εξόρυξης εκατοντάδων τόνων ρεγολίθου κάθε δευτερόλεπτο – μια προοπτική που απέχει αιώνες από το να είναι εφικτή, ακόμη και κάτω από τις πιο φιλόδοξες περιστάσεις.

Ωστόσο, τέτοια φιλόδοξα σχέδια δεν μπορούν να γίνουν μόνα τους. Επί του παρόντος, δύο υπερδυνάμεις εργάζονται για να βάλουν τους ανθρώπους στη Σελήνη:οι ΗΠΑ και η Κίνα. Αν και η νομοθεσία των ΗΠΑ εμποδίζει τους δύο να συνεργαστούν, και οι δύο απευθύνονται σε άλλα έθνη για να τους βοηθήσουν να επιτύχουν τον στόχο τους.

«Η εξερεύνηση της Σελήνης μπορεί να γίνει ένα τεράστιο επίκεντρο για διεθνή συνεργασία, κάτι που νομίζω ότι θα ήταν ιδιαίτερα επιθυμητό, ​​ειδικά στο σημερινό διεθνές κλίμα», λέει ο Crawford.

Παρά το γεγονός ότι μόλις έστειλε τον πρώτο του «ταϊκοναύτη» στο διάστημα το 2003, το διαστημικό πρόγραμμα της Κίνας κάνει μεγάλα βήματα προόδου. Η σειρά ρομποτικών σεληνιακών αποστολών Chang'e ήταν εξαιρετικά επιτυχημένη και είδε την πρώτη προσγείωση στην μακρινή πλευρά της Σελήνης το 2019 (Chang'e 4) και σχεδιάζει να επιστρέψει τα πρώτα δείγματα από τον σεληνιακό νότιο πόλο με το Chang'e 6 (που αναμένεται να κυκλοφορήσει το 2023).

Η αποστολή Chang’e 4 μετέφερε όργανα από την Ολλανδία, τη Σουηδία και τη Γερμανία, ενώ Ευρωπαίοι αστροναύτες έχουν ήδη πραγματοποιήσει αρκετές εκπαιδευτικές ασκήσεις μαζί με τους Κινέζους ομολόγους τους. Αν και οι Κινέζοι είναι μυστικοπαθείς σχετικά με τα ακριβή τους σχέδια, έχουν καταστήσει σαφές ότι αυτές οι αποστολές είναι προπομπός μιας αποστολής προσγείωσης στη Σελήνη.

Με αρκετές δεκαετίες περισσότερη πείρα να αξιοποιηθεί, οι προσπάθειες των ΗΠΑ είναι λίγο πιο ώριμες. Τα τρέχοντα σχέδιά τους επικεντρώνονται γύρω από την Πύλη, έναν σεληνιακό σταθμό που θα περιφερόταν γύρω από τη Σελήνη. Ο σταθμός θα λειτουργούσε ως σταθμός στάσης για αποστολές στη σεληνιακή επιφάνεια, και ενδεχομένως στον Άρη και πέρα ​​από αυτήν.

Οι ιαπωνικές, καναδικές και ευρωπαϊκές διαστημικές υπηρεσίες έχουν υπογράψει όλοι για να βοηθήσουν, συμφωνώντας να κατασκευάσουν τμήματα του σταθμού με την υπόσχεση ότι μια μέρα θα στείλουν τους δικούς τους αστροναύτες στη Σελήνη. Τα πρώτα τμήματα του Gateway πρόκειται να πετάξουν το 2023, με τις λειτουργίες να ξεκινούν το 2026. Εν τω μεταξύ, η NASA σχεδιάζει ήδη την αποστολή Artemis, η οποία θα στείλει την πρώτη γυναίκα στη σεληνιακή επιφάνεια μέχρι το 2024.

Αυτές οι φιλοδοξίες συμβάλλουν επίσης στην ενίσχυση ενός κλάδου της εξερεύνησης του διαστήματος που έχει ανθίσει την τελευταία δεκαετία:τις ιδιωτικές επιχειρήσεις. Για να ενθαρρύνει την ανάπτυξη του διαστημικού τομέα, η NASA δημιούργησε την πρωτοβουλία Commercial Lunar Payload Services, ζητώντας από τις εταιρείες να μεταφέρουν τα επιστημονικά όργανα της διαστημικής υπηρεσίας στη Σελήνη.

«Η NASA έχει σχέδια να αγοράσει τουλάχιστον δύο σεληνιακές αποστολές ετησίως για τα επόμενα οκτώ έως 10 χρόνια», λέει ο Thornton. "Αυτό είναι ένα πρώτο βήμα προς την εμπορευματοποίηση της τακτικής, τακτικής μεταφοράς στη Σελήνη."

Εκτός από πολύ φθηνότερο για τη NASA, δημιουργεί επίσης ευκαιρίες για όσους έχουν πολύ μικρότερο προϋπολογισμό. Στα τέλη του 2021, η Astrobotic θα στείλει το προσεδάφισμά της Peregrine στη Σελήνη με δώδεκα όργανα της NASA, αλλά έχει επίσης χώρο να μεταφέρει άλλα έργα με κόστος 1,2 εκατομμυρίων δολαρίων ανά κιλό (περίπου 850.000 £). Αυτό μπορεί να ακούγεται πολύ, αλλά με όρους διαστημικών πτήσεων είναι μια συμφωνία.

«Έχουμε ένα ευρύ φάσμα πελατών, ακόμη και μόλις στην πρώτη μας αποστολή», λέει ο Thornton, ο οποίος έχει δει πανεπιστήμια, εταιρείες και ακόμη και ιδιώτες να εγγράφονται για να ξεκινήσουν μια βόλτα. "Έχουμε ένα ωφέλιμο φορτίο από το Ηνωμένο Βασίλειο που είναι στην πραγματικότητα ένα διασκεδαστικό μικρό ρόβερ που περπατά που θα περπατήσει στην επιφάνεια."

Μαζί με την Astrobotic υπάρχουν πολλές άλλες εταιρείες που ετοιμάζονται να κατευθυνθούν στη σεληνιακή επιφάνεια. Αν και κανένας από αυτούς δεν έχει προσγειωθεί με επιτυχία, δεν υπάρχει έλλειψη επιβατών που περιμένουν να κάνουν μια βόλτα. Η επιφάνεια της Σελήνης πρόκειται να γίνει πιο απασχολημένη από ποτέ.

• Αυτό το άρθρο εμφανίστηκε για πρώτη φορά στο τεύχος 362 του BBC Science Focus Magazine – μάθετε πώς να εγγραφείτε εδώ

Διαβάστε περισσότερα σχετικά με το μέλλον της εξερεύνησης:

• Διαστημικό τηλεσκόπιο Τζέιμς Γουέμπ:Εντός των δοκιμών υψηλού κινδύνου του διαδόχου του Hubble, αξίας 7,2 δισεκατομμυρίων λιρών
• Βουνά βαθέων υδάτων:τα ανεξερεύνητα οικοσυστήματα της Γης που βρίθουν από ζωή
• Πώς οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την κοσμική ακτινοβολία για να κρυφοκοιτάξουν μέσα στις πυραμίδες