Les astronautes d'Apollo ont réchauffé la Lune

Une nouvelle étude met en lumière un vieux mystère entourant d'étranges lectures lunaires depuis les sites d'atterrissage d'Apollo.

Une Terre à moitié illuminée, capturée à l’horizon lunaire lors de l’Apollo 17.
NASA

Une nouvelle trouvaille a peut-être résolu un vieux mystère: qu'est-ce qui a provoqué les lectures anormales de la chaleur des instruments laissés par les astronautes d'Apollo sur la Lune?

En 1971 et 1972, les missions Apollo 15 et 17 ont déployé des ensembles d’expériences de surface lunaires Apollo (ALSEP) comprenant un ensemble de moniteurs d’expérience de flux de chaleur (HFE). Les boîtiers ALSEP, conçus pour sonder l’intérieur de la lune pendant une longue période, étaient alimentés par un générateur thermoélectrique à radio-isotopes au plutonium afin de survivre toute la nuit pendant deux semaines.

Les astronautes ont placé les moniteurs HFE à quelques mètres de la surface lunaire pour accéder au sol sans être perturbés par le cycle jour / nuit long d'un mois. Les scientifiques lunaires ont prévu d'utiliser les données pour mesurer le flux de chaleur du noyau de la Lune à la surface, dans l'espoir de caractériser l'activité géologique sur la Lune.

De manière surprenante, les enquêteurs ont remarqué que la température du régolite augmentait progressivement aux sites Apollo 15 et Apollo 17, de 1, 8 à 3, 6 ° F (1 à 2 ° C). Le réchauffement s'est poursuivi jusqu'à ce que les capteurs se taisent en 1977. Le gradient thermique a diminué au même degré sur les deux sites et le réchauffement était plus apparent à faible profondeur que plus en profondeur. Les capteurs HFE sur la Lune ont été placés assez loin de l'ALSEP RTG pour que la chaleur radioactive ne soit pas un facteur, alors qu'est-ce qui réchauffait le sol?

Les différences de mission dans l’emplacement des capteurs sont révélatrices: les astronautes d’Apollo 15 rencontraient des difficultés pour percer le sol lunaire et n’étaient pas en mesure d’atteindre la profondeur cible de 2, 5 mètres pour leur capteur HFE. Apollo 17 comportait un mécanisme de forage amélioré et les astronautes ont pu placer le capteur plus en profondeur. En fait, les données des capteurs Apollo 15 n'ont pas été considérées comme valables tant qu'elles n'ont pas été comparées à celles des capteurs Apollo 17 des années plus tard. Les astronautes ont installé différents capteurs à différentes profondeurs sur les sites Apollo 15 et 17.

Remarquablement, les capteurs moins profonds ont vu le chauffage anormal en premier - exactement ce à quoi on pourrait s’attendre si le mécanisme de chauffage venait de la surface au lieu du noyau en dessous.

Le site Apollo 15 ALSEP, avec le boîtier d'alimentation HFE au premier plan. Les cordons aux détecteurs serpentent en bas à droite. L'ombre au premier plan est celle de l'astronaute David Scott.
NASA

Maintenant, une nouvelle étude publiée dans le Journal of Geophysical Research de l’American Geophysical Union : Planets utilise des données recueillies au milieu des années 1970 pour démontrer la cause de cet échauffement anormal: les astronautes eux-mêmes.

«Lors du processus d’installation des instruments, vous risquez peut-être de perturber l’environnement thermique de surface de l’endroit où vous souhaitez effectuer certaines mesures», a déclaré Seiichi Nagihara (Texas Tech University) dans un article publié récemment sur le blog de l’AGU.

Diagramme d'un site de déploiement ALSEP typique.
NASA

Résoudre un mystère. . .

Gros plan d'un capteur HFE déployé à la surface de la Lune.
Apollo 17 / NASA

L'étude n'aurait pas été possible sans un travail de détective. La NASA n’avait archivé que des données de 1971 à 1974, qu’elle stockait sur bande magnétique au Centre national de données sur les sciences spatiales au Goddard Spaceflight Center de la Ceinture de verdure du Maryland. Mais les données recueillies au cours des dernières années avaient disparu.

Les chercheurs ont découvert une série supplémentaire de 440 bandes d'archives au Washington National Records Center à Suitland, dans le Maryland. Les chercheurs ont ensuite découvert une série de journaux hebdomadaires contenant des centaines de relevés de température de flux de chaleur qui ont comblé les lacunes de 1973 à 1977. Ces journaux avaient été stockés au Lunar and Planetary Institute de Houston, au Texas.

Chauffer la lune

Les données supplémentaires ont résolu le mystère de la lune qui se réchauffait: pendant que les astronautes marchaient et conduisaient le rover lunaire autour du site, ils perturbaient la surface lisse de la Lune. La surface froissée absorbe mieux la chaleur du soleil.

Pour ceux qui regardent souvent la Lune, cette conclusion peut sembler étrange au début. Nous savons que, même si la Pleine Lune semble être d'un blanc nacré éclatant, son albédo ou réflectivité est en fait assez faible (12% en moyenne), à ​​peu près identique à celle de l'asphalte usé. Les astronautes ont décrit la poussière de lune comme étant comparable en couleur et en texture à la poussière de charbon. Le matériau s'assombrit avec le temps en raison de l'interaction avec le vent solaire, un processus appelé altération de l'espace. Sous ce revêtement de surface sombre se trouve un matériau plus réfléchissant - c’est la raison pour laquelle les rayons éjectés brillants entourent les nouveaux cratères, car l’impact a permis de dégager un matériau plus brillant de dessous la surface. On pourrait donc penser que perturber la surface exposerait un matériau plus brillant.

Cependant, même s'il est plus réfléchissant, le régolithe situé sous la surface poussiéreuse est plus grossier - et les cailloux peuvent conserver leur chaleur plus longtemps que ne le peuvent les poussières fines. Ainsi, lorsque les astronautes ont dérangé la poussière, ils ont exposé ce matériau plus grossier, plus absorbant de la chaleur, et réchauffé la surface.

Traces sombres sur la surface de la Lune causées par le rover. Apollo 15 a été la première «mission J» à inclure un rover lunaire.
Apollo 17 / NASA

"Les informations photographiques obtenues par la caméra Lunar Rconnaisance Orbiter (LRO) ont été un élément clé d'information", a déclaré Nagihara. Le LRO avait photographié les sites d'atterrissage d'Apollo depuis une orbite lunaire basse, fournissant ainsi des preuves de la fiabilité des relevés de température. "Les images montrent que les endroits où les astronautes ont marché et conduit leurs rovers sont devenus plus sombres, absorbant plus de chaleur solaire que des sols plus clairs."

LRO prend des images du site d’atterrissage d’Apollo 15: notez la tache plus sombre (en haut à gauche) provoquée par l’activité des astronautes lors de la configuration du progiciel ALSEP.
NASA / LRO / NASA Goddard / Université d'État de l'Arizona

Implications pour les futures missions

Cette découverte aura un impact sur la manière dont les expériences seront placées sur la Lune dans le futur. "Chaque fois que nous déployons ou posons quelque chose sur la Lune, cela modifie l'environnement thermique de surface de ce voisinage", explique Nagihara. "Les scientifiques et les ingénieurs doivent en tenir compte lors de la conception de la prochaine génération d'instruments de flux de chaleur pour les futures missions d'atterrissage lunaire."

Les missions planifiées montrent que notre exploration de la Lune est loin d’être terminée: la Chine a récemment lancé son orbiter à relais lunaire Queqiao récemment en préparation du premier atterrissage automatisé à la face cachée de la Lune plus tard cette année. La trajectoire actuelle de la NASA a également de nouveau déplacé le programme d'exploration en équipage vers la Lune, qui débutera par des missions robotiques sur la surface lunaire.

Près d’un demi-siècle après les missions Apollo, les nouvelles données scientifiques fournies par les données qu’ils ont renvoyées pourraient avoir une incidence sur la planification de ces futures missions.