Dzień Księżyca. Ile czasu człowiek przeżyłby bez kombinezonu na jego powierzchni?

W Układzie Słonecznym mamy setki księżyców. Wokół samego Saturna krąży ich aż 145. Tylko dwie planety nie mają księżyca. To Merkury i Wenus. Ziemia choć ma tylko jeden księżyc (zwany Księżycem) to jest on bardzo wyjątkowy. Jest nie tylko przyszłym źródłem surowców naturalnych czy miejscem gdzie mogą przenieść się obserwatoria astronomiczne (szczególnie liczą na to radioastronomowie). To także glob, który decyduje o tym, że życie na Ziemi mogło się rozwinąć.

Księżyc sfotografowany z orbity Ziemi.

Księżyc stabilizuje bowiem nachylenie osi obrotu Ziemi względem płaszczyzny jej obiegu wokół Słońca. Wpływa także na długość dnia, która obecnie wynosi około 24 godzin. Co prawda jego oddalanie się, w tempie 4 cm na rok, trochę wydłuża ziemską dobę, ale to nawet w skali geologicznej zmiany bardzo niewielkie.

Miłośnicy astronomii podglądają i fotografują Księżyc przy każdej okazji, a najbliższe dwa tygodnie to wyjątkowo dobry czas, bo księżyc za tydzień znajdzie się w pierwszej kwadrze. Jest wtedy widoczny po zachodzie Słońca, a krawędziowe oświetlenie słoneczne sprawia, że bardzo dobrze (przestrzennie) widać kratery na jego powierzchni. Naukowcy badają Księżyc, chcą stworzyć na nim księżycową strefę czasową, a jeszcze inni chcą na niego latać. I w tym momencie można zadać sobie następujące pytanie.

Pojazd Orion w trakcie lotu wokół Księżyca w 2022 roku. W tle widoczna Ziemia i Księżyc. Ten drugi jest znacznie bliżej.

Rocznica pierwszego lądowania na Księżycu to dziś ogólnoświatowe święto

20 lipca 1969 roku tuż przed godziną 22:18 dwójka odważnych ludzi, bo trudno tak o nich nie mówić w obliczu miejsca do którego się wybrali, wylądowała na Księżycu jako misja Apollo 11. Neil Armstrong i Buzz Aldrin spędzili tam prawie 22 godziny. Tę datę od ubiegłego roku obchodzimy jako światowy Dzień Księżyca. Wcześniej było to wydarzenie celebrowane w USA. Potem po Księżycu spacerowało, a nawet jeździło, jeszcze dziesięć osób, w trakcie 5 innych misji programu Apollo.

Aldrin na Ksieżycu w trakcie misji Apollo 11 (po lewej), pojazd księżycowy używany w późniejszych misjach (po prawej).

Pobyt na Księżycu, na zewnątrz pojazdu, był możliwy oczywiście dzięki kombinezonom ciśnieniowym z aparaturą tlenową, które podtrzymywały także odpowiednią temperaturę. Za kilka lat, załoga misji Artemis 3 również skorzysta z podobnych, choć wykonanych już z pomocą XXI wiecznej technologii, kombinezonów. Takie krótkie wizyty to nie problem, ale jeśli chcemy na dłużej zamieszkać na Księżycu to konieczne jest zadbanie o odpowiednią atmosferę. Trudno liczyć na jej ciągłe uzupełnianie poprzez zasoby dostarczane z Ziemi.

Myśleliście, że Księżyc nie ma atmosfery? Ależ ma, tylko nie taką jak nam potrzeba

Atmosfera księżycowa jest bardzo rzadka. Na Ziemi, w naszym otoczeniu w centymetrze sześciennym powietrza znajduje się 100 trylionów cząsteczek. Na Księżycu w tej samej objętości jest ich tylko 100. Przy tak małej gęstości oddziałują one ze sobą bardzo rzadko, więc nie ma tu takiego zjawiska jak tarcie związane z ciśnieniem atmosfery.

Księżycowa atmosfera waży około 25 ton według danych NASA. To masa powietrza jaka znajduje się ponad boiskiem piłkarskim na wysokości do 3 metrów.

Księżycową atmosferę należy nazywać egzosferą. To w przypadku atmosfer najbardziej zewnętrzna warstwa, w której zachodzi ucieczka pojedynczych cząsteczek w przestrzeń międzyplanetarną.

Księżycowa egzosfera zaczyna się więc na jego powierzchni i jest bardzo cienka, prawie jakby jej nie było. W trakcie księżycowej nocy, gdy temperatura gwałtownie spada cząsteczki osadzają się na powierzchni, w księżycowy dzień słoneczne promieniowanie niejako wzbija je w górę. To co ucieknie w kosmos jest uzupełniane poprzez odgazowywanie związków zawartych w księżycowym gruncie.

Wizja księżycowej bazy.

Atmosfera na Księżycu choć bardzo cienka lekka i o ciśnieniu 0,3 nanopaskala (biliard razy mniejszym niż na poziomie morza na Ziemi) ma skład, który udało się wyróżnić. W jej skłąd wchodzą przeróżne substancje - jest tam argon 40, hel 4, tlen, metan, azot, tlenek i dwutlenek węgla, a nawet potas i sód czy radioaktywne radon i polon. Jakby nie patrzeć się, nie jest to atmosfera jakiej potrzebujemy by tam przeżyć.

Kłopotem jest również pył księżycowy, który łatwo wzbija się ponad powierzchnię (prędkość ucieczki z Księżyca jest około pięciu razy mniejsza niż w przypadku Ziemi). Stanowi zagrożenie dla kombinezonów astronautów i wszelkiej aparatury.

Jak zapewnić tlen na powierzchni Księżyca przyszłym misjom kosmicznym?

To wbrew pozorom nie będzie prawdopodobnie dużym problemem. Tlen znajduje się w księżycowym gruncie i nie trzeba nawet udawać się do regionów podbiegunowych, by go wydobyć. Odpowiednie technologie są już w zasięgu i były pomyślnie testowane na Ziemi w symulowanych warunkach.

Strefa testowa w ziemskich laboratoriach ESA

Nie trzeba będzie więc dostarczać na Księżyc wody, ani samego tlenu, a prawdopodobnie w dłuższej perspektywie uda się uprawiać tam nawet rośliny. Wciąż jednak pozostanie inna bardzo ważna kwestia. Nie tyle do rozwiązania co do uwzględnienia.

Niska grawitacja na Księżycu to nie zagrożenie, ale jednak poważny kłopot

Księżyc na zdjęciach porównujących go z Ziemią wydaje się duży, jego średnica to 1/4 średnicy Ziemi, i istotnie o układzie Ziemia-Księżyc mówi się często jak o układzie podwójnym. Jednak objętościowo Księżyc jest 50 razy mniejszy od Ziemi. Masowo różnica jest jeszcze większa, bo trzeba aż 81 Księżyców, by zrównoważyć Ziemię.

Ziemia i Księżyc

Ta dysproporcja sprawia, że grawitacja na powierzchni Księżyca jest sześć razy słabsza niż na powierzchni Ziemi. Jeśli ważycie 75 kg, to na Księżycu będzie to odpowiednik jedynie 12,4 kilograma. To dlatego astronauci poruszający się po Księżycu mogą wykonywać długie skoki, a rzut młotkiem, który wykonał Harrison Schmitt na zakończenie misji Apollo 17, sprawił że poleciał on w siną dal. Na Ziemi astronauci ćwiczą w specjalnych uprzężach symulujących obniżoną siłę ciążenia.

Obejrzyj w

Niska grawitacja ma także swoje minusy i doskonale wiedzą o tym astronauci przebywający na orbicie Ziemi. Na szczęście księżycowa grawitacja jest na tyle silna, że człowiek będzie w stanie funkcjonować tam przez dłuższy czas, a ćwiczenia takie jak skoki na powierzchni mogą być pomocne w utrzymaniu kondycji (powstające wtedy siły chronią przed utratą masy mięśniowej i kostnej). Badania, które niedawno opublikowano w Nature, sugerują, że są szanse, że nie dojdzie do znaczącego zaniku mięśni, ale na pewno spodziewać trzeba się ich przebudowy. To jednak badania prowadzone na myszach więc nie można ich bezpośrednio odnosić do człowieka.

Księżyc przy obecnym zaawansowaniu technologicznym ludzkości nie stanie się naszym drugim domem. Nawet jeśli tam dotrzemy, to będzie przede wszystkim dom dla tych co tam pozostaną.

Mówiąc inaczej człowiek, który pozostanie długo na Księżycu dostosuje się do jego niskiej grawitacji i powrót na Ziemię nie będzie prosty. Ludzie, którzy urodzili by się na Księżycu mogą nawet nie być w stanie przenieść się na Ziemię, ich organizm będzie zbudowany inaczej, będą szczupli i niezdolni do przeciwstawienia się ziemskiemu ciążeniu. Podobny problem sugeruje się w przypadku Marsa, a tam przecież grawitacja jest ponad dwa razy silniejsza niż na Księżycu.

Przyszłość człowieka na Księżycu jest wciąż niewiadomą

Najpierw musimy się tam po raz kolejny dostać. Powrót po ponad 50 latach, planowany jest nie wcześniej niż w 2026 roku w ramach misji Artemis 3. Przed rokiem 2030 na Księżycu mają wylądować także tajkonauci, a biorąc pod uwagę ambicje Chin nie można tych zapowiedzi ignorować.

Źródło: inf. własna, NASA, ESA, scienceabc, Nature