Mjesečeva prašina dugo je slovila kao jedan od najtvrdokornijih problema budućih misija. Lijepi se za opremu, električki je nabijena, oštrih je rubova i lako prodire kamo ne bi smjela. No novo istraživanje pokazuje da bi upravo ta neugodna svojstva na tlu Mjeseca mogla imati i korisnu stranu: uzorci koje je na Zemlju donijela kineska misija Chang’e 6 upućuju na to da bi površinski materijal na dalekoj strani Mjeseca mogao biti dovoljno čvrst da jednoga dana nosi postaje, vozila i drugu infrastrukturu.
Do tog zaključka došli su znanstvenici sa Sveučilišta Beihang analizirajući mehanička svojstva uzoraka iz misije Chang’e 6, prve misije u povijesti koja je vratila materijal s daleke strane Mjeseca. Uzorci su prikupljeni u bazenu Južni pol Aitken, najvećem, najdubljem i najstarijem poznatom udarnom krateru u Sunčevu sustavu, nastalom prije oko 4,2 milijarde godina. Upravo je taj drevni udar, prema radu objavljenom u časopisu Research, bitno izmijenio geotehnička svojstva tamošnjeg tla u odnosu na uzorke s bliže strane Mjeseca, koje su ranije prikupili NASA-ini astronauti i kineske letjelice.
“Najdragocjenija” prašina u Sunčevu sustavu
Problem s mjesečevim tlom nije samo u tome što ga je teško razumjeti, nego i u tome što ga na Zemlji gotovo i nema. Umjetni simulanti ne mogu vjerno oponašati pravi regolit, a stvarnih uzoraka nema dovoljno da ih svaki laboratorij troši koliko želi. Dodatna je poteškoća to što dio klasičnih ispitivanja nepovratno oštećuje uzorak, pa on više ne može poslužiti za druga istraživanja.
Zato su autori krenuli drugim putem: prvo su proveli nedestruktivna mjerenja, a zatim izradili računalni model tla. U središtu tog pristupa bila je metoda diskretnih elemenata, matematički model koji ponašanje sipkog materijala računa kroz fizičke interakcije, trenje i sudare golemog broja pojedinačnih čestica. U model se unose oblik zrnaca i njihova fizikalna svojstva, a rezultat je svojevrsni digitalni blizanac tla po kojem će se jednoga dana kretati roveri i astronauti, bez potrebe da se pritom potroši ijedan dodatni dragocjeni uzorak.
Da bi takav model uopće mogli izgraditi, istraživači su morali iznimno precizno zaviriti u samu strukturu materijala. To su učinili pomoću rendgenske mikroračunalne tomografije visoke razlučivosti, takozvane mikro-CT metode, a u obradi podataka pomogla im je i konvolucijska neuronska mreža. Na taj su način uspjeli pojedinačno rekonstruirati gotovo 350 tisuća čestica iz uzorka koji je donijela misija Chang’e 6.
Ta je analiza otkrila jasne razlike između materijala s daleke i bliže strane Mjeseca. Uzorak s daleke strane sadrži manje velikih i grubih čestica nego uzorci s bliže strane, ali su ta zrnca istodobno slabije sferična, odnosno mnogo nepravilnija i udaljenija od glatkog kuglastog oblika. Drugim riječima, riječ je o česticama koje se lakše međusobno zapinju i teže klize jedna preko druge.
Čvrst oslonac, trajna prijetnja
Kada su taj skup podataka ubacili u model, dobili su rezultat koji je iznenadio i same istraživače. Regolit s daleke strane pokazao se iznimno čvrstim, na samoj gornjoj granici vrijednosti zabilježenih još na uzorcima iz doba programa Apollo. Tu čvrstoću ponajprije nose visok unutarnji kut trenja i kohezija prašine, dakle svojstva koja određuju koliko se čestice opiru klizanju i koliko dobro ostaju povezane u cjelinu. Upravo oštri i nepravilni rubovi, zbog kojih je mjesečeva prašina toliko nepoželjna na strojevima i opasna u ljudskim plućima, ovdje se pokazuju kao mehanička prednost jer tlo čine otpornijim.
Tlu dodatnu čvrstoću daje i staklasti materijal koji je najvjerojatnije nastao u sitnim udarima na mjesečevoj površini. U uzorku ga ima oko 30 posto, a upravo on pomaže povezati ostale čestice u kompaktniju cjelinu.
To je važna vijest za sve buduće planove gradnje na Mjesecu, od mogućeg staništa programa Artemis do Međunarodne lunarne istraživačke postaje. Tko god bude pokušao podići veću infrastrukturu na Mjesecu, morat će najprije razumjeti tlo na kojem gradi. Ovo prvo geotehničko istraživanje daleke strane pokazuje koliko se mjesečevi uzorci mogu razlikovati od mjesta do mjesta i koliko bi takve razlike mogle biti važne za buduće misije.
Ipak, ista podloga koja bi jednoga dana mogla nositi ljudske postaje ostaje i ozbiljna prijetnja. Zbog problema s komunikacijom gradnja na dalekoj strani Mjeseca još je daleko, ali već sada je jasno da ondje buduće misije neće čekati samo čvrst oslonac, nego i abrazivan, agresivan materijal koji s vremenom može uništavati opremu i pri dugotrajnoj izloženosti ozbiljno ugroziti ljudsko zdravlje. Upravo zato razumijevanje mjesečeva tla više nije sporedan tehnički detalj, nego jedno od ključnih pitanja svake ozbiljne ljudske prisutnosti izvan Zemlje.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
Odgovori