La polvere lunare potrebbe essere un problema per i futuri esploratori lunari

Pensatelo come un messaggio flashback dei moonwalker dell’Apollo: La luna è una Disneyland di polvere.

Tra il 1969 e la fine del 1972, una dozzina di astronauti hanno preso a calci la polverosa regolite, la sporcizia superiore della luna.

“Più tempo ci passi, più ti ricopri di polvere lunare dal casco agli stivali”, ha ricordato l’astronauta dell’Apollo 11 Buzz Aldrin. Il comandante dell’Apollo 17 Gene Cernan ha espresso pensieri simili in un debriefing tecnico dopo la sua missione, che fu l’ultimo soggiorno umano sulla luna. “Penso che la polvere sia probabilmente uno dei nostri maggiori inibitori di un’operazione nominale sulla luna. Penso che possiamo superare altri problemi fisiologici o fisici o meccanici, tranne la polvere”, ha detto.

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Polvere sulla luna. Il comandante dell’Apollo 17 Gene Cernan si prepara a togliersi la tuta spaziale coperta di polvere lunare. (Image credit: NASA)

Natura abrasiva

I membri dell’equipaggio dell’Apollo non potevano evitare di seguire il materiale lunare all’interno dei loro moon lander. Dopo essersi tolti caschi e guanti, i moonwalker potevano sentire la natura abrasiva della polvere, così come l’odore e persino il sapore della luna. E questo ha dato origine all'”aroma Apollo”, i ricordi degli astronauti sull’odore della luna. Si è scoperto che ha un odore caratteristico.

Aldrin ricorda che la polvere lunare che sporcava le tute e l’equipaggiamento durante la missione Apollo 11 aveva un odore “come di carbone bruciato o simile alla cenere che si trova in un camino, specialmente se vi si spruzza sopra un po’ d’acqua.”

Harrison “Jack” Schmitt dell’Apollo 17 ha detto: “Tutto quello che posso dire è che l’impressione immediata di tutti sull’odore era quella della polvere da sparo usata, non che fosse ‘metallico’ o ‘acre’. L’odore di polvere da sparo esausta probabilmente era molto più impiantato nella nostra memoria rispetto ad altri odori comparabili”. Ha commentato per la prima volta l’odore di polvere da sparo appena 7 minuti dopo l’inizio della ripressurizzazione del lander lunare dell’Apollo 17, ha aggiunto Schmitt.

Schmitt ha avuto quello che alcuni etichettano come il primo caso registrato di febbre da fieno extraterrestre. “È venuto su abbastanza velocemente”, ha detto via radio dalla luna al controllo missione a Houston con voce congestionata. Ha avuto una reazione significativa alla polvere lunare, che ha causato il gonfiore delle placche di cartilagine nelle pareti delle sue camere nasali.

Una fiala di polvere lunare dell’Apollo 11 da un campione lunare raccolto nel 1969. (Image credit: Marilee Bailey/Lawrence Berkeley National Laboratory)

Igiene astronautica

La luna della Terra è il luogo “go-to” per i voli spaziali umani nel prossimo decennio. Ci sono sostanziali ragioni politiche, economiche e finanziarie per esplorare e colonizzare il territorio lunare – in particolare, per estrarre acqua dalla superficie lunare e per estrarre i preziosi metalli delle terre rare mentre le risorse terrestri diminuiscono.

Anche se ci saranno opportunità per coloro che vorranno fare uso di queste risorse, sia come nazioni, come individui, come compagnie private o come una combinazione di queste, ci saranno anche pericoli da affrontare. Uno di questi pericoli per gli astronauti sarà l’esposizione alla polvere lunare.

Questa è la prospettiva di John Cain, un esperto del Regno Unito sui pericoli dell’esposizione alla polvere lunare e un consulente indipendente sulla gestione dei rischi per la salute degli astronauti. È stato il primo scienziato a definire la disciplina scientifica dell'”igiene astronautica”, una branca della medicina del lavoro che mira a controllare l’esposizione degli astronauti ai rischi in un ambiente a bassa gravità.

“È essenziale che la natura della polvere lunare sia conosciuta, che i suoi effetti sul corpo siano compresi, che le vie di esposizione siano identificate e che i mezzi per ridurre l’esposizione siano sviluppati”, ha detto Cain a Space.com. Tale lavoro viene svolto nel Regno Unito, negli Stati Uniti, nell’Unione Europea, in Cina, in Russia e in India.

Questa vista ravvicinata della polvere lunare mostra una fusione di roccia, minerali e vetro prodotta dal calore degli impatti dei micrometeoriti. (Image credit: David S. McKay/NASA/JSC)

Polvere reattiva

Cain ha osservato che la regolite lunare contiene diversi tipi di polvere reattiva, tra cui biossido di silicio (50%), ossido di ferro e di calcio (45%), e altri ossidi (5%). Il biossido di silicio è altamente tossico; le polveri contenenti silice sulla Terra sono responsabili della silicosi, una malattia polmonare pericolosa per la vita che si trova principalmente negli scalpellini.

“La posizione del deposito delle particelle di polvere nei polmoni dipenderà dalla dimensione delle particelle, con le nanoparticelle che penetrano in profondità nei polmoni”, ha detto Cain. “La minore gravità della luna avrà un impatto significativo su dove le nanoparticelle si depositano e sui successivi effetti sulla salute dell’esposizione”.

Ci sono opportunità sulla luna per indagare gli effetti sulla salute dell’esposizione alle nanoparticelle in un ambiente a bassa gravità, in particolare le risposte cellulari dei polmoni, ha detto Cain. Tale ricerca, insieme ad altri studi sull’esposizione alla polvere, sarà preziosa per indagare gli effetti sulla salute e per sviluppare le misure di controllo dell’esposizione alla polvere sulla luna, ha aggiunto. Queste misure possono includere tute spaziali con bassa ritenzione di polvere, tecniche di separazione magnetica della polvere o fasci di particelle per rimuovere la polvere dalle superfici.

“Il miglioramento delle conoscenze sulla fisiologia umana e la medicina, in particolare la respirazione in un ambiente a bassa gravità, avrà potenziali benefici sulla Terra – per esempio, per lo sviluppo di nuovi mezzi per fornire farmaci e per sviluppare nuovi trattamenti”, ha detto Cain.

Spinoff dell’industria cosmetica?

Data la frastagliatezza e l’abrasività della polvere lunare, il materiale potrebbe aiutare gli scienziati a studiare i meccanismi e il trattamento dei danni alla pelle.

“L’indagine dei cambiamenti cellulari della pelle, dovuti ai danni della polvere in un ambiente a bassa gravità, sarà preziosa per l’industria cosmetica nello sviluppo di applicazioni terrestri per trattare le condizioni della pelle”, ha detto Cain.

L’impulso a raggiungere la luna e a stabilire con successo insediamenti sulla superficie lunare comporterà una maggiore necessità di astronauti – e futuri turisti spaziali – che possano sopportare le dure condizioni. Questo vedrà lo sviluppo e l’applicazione dello “screening dell’exposoma” da utilizzare nella selezione dei viaggiatori lunari, ha suggerito Cain. Ciò comporta una raccolta di fattori ambientali, come lo stress e la dieta, a cui un individuo è esposto e che può avere un effetto sulla salute.

Quegli individui con il trucco genetico necessario per resistere alle radiazioni e agli impatti a lungo termine della microgravità saranno in un grande vantaggio per viaggiare sulla luna, ha detto Cain. “La tecnologia Exposome sviluppata per l’esplorazione lunare avrà molte ricadute a livello terrestre – per esempio, nella selezione del personale per il lavoro in ambienti estremi.”

A lungo termine, ha detto Cain, la spinta per esplorare la luna e stabilire insediamenti permanenti includerà la necessità di sviluppare una legislazione sulla salute e la sicurezza per garantire che le persone lavorino in condizioni di sicurezza. Ci sarà la necessità di sviluppare istituti di formazione, istruzione e ricerca e lo sviluppo di vaccini per combattere la potenziale emergenza di microbi patogeni all’interno degli insediamenti a causa di mutazioni”, ha detto.

“Si può vedere, quindi, che la luna non è un mondo “già visto, già fatto”. Ci saranno molte opportunità per coloro che sono disposti a intraprendere le sfide”, ha detto Cain. “L’esplorazione della luna sarà eccitante per le opportunità di comprendere i rischi per la salute, di sviluppare i mezzi per identificarli e controllarli e di applicare le lezioni apprese sulla terra”: Home on the Moon: How to Build a Lunar Colony (Infographic)

Trovare l’abrasione

Hai mai passeggiato su una spiaggia e hai quasi calpestato un piccolo pezzo di vetro?

Qualcosa di simile accadrà probabilmente ai futuri esploratori lunari, che cammineranno su una “spiaggia” fatta principalmente di frammenti di vetro. Sono i resti di miliardi di anni di bombardamento di micrometeoriti e della mancanza di agenti atmosferici naturali nell’ambiente quasi sottovuoto della luna.

“Queste particelle appuntite possono penetrare gli strati della tuta spaziale, graffiare le visiere e gli indicatori e intasare i meccanismi meccanici oltre la riparazione”, ha detto Ryan Kobrick, un assistente professore di operazioni di volo spaziale alla Embry-Riddle Aeronautical University di Daytona Beach, Florida. Ha studiato le particelle a grana fine della luna e ha alcuni avvertimenti.

“I futuri esploratori lunari dovranno affrontare difficoltà simili a quelle sperimentate dagli astronauti dell’Apollo”, ha detto Kobrick a Space.com, “ma in misura maggiore se hanno intenzione di rimanere più di qualche giorno”. Le particelle a grana fine sono invisibili all’occhio umano, in agguato nel regolith lunare, lo strato superiore del suolo lunare, spesso un metro.

“L’attrezzatura dovrà essere o robusta per gestire l’ambiente abrasivo, o usa e getta/riutilizzabile dopo poche escursioni sul campo. Indipendentemente dal compito, che va dal lavoro scientifico sul campo all’estrazione di risorse e perfino alle passeggiate dei turisti con i veicoli lunari, gli esploratori si sporcheranno di polvere”, ha consigliato Kobrick.

“Ci sono varie tecnologie che possono aiutare a mitigare la polvere, come rivestimenti slick e dispositivi elettrostatici, ma un approccio più sostenibile sarà quello di prepararsi per un ambiente operativo sporco”, ha aggiunto.

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Parallelo con le miniere di carbone

Kobrick ha offerto un’interessante analogia terrestre alla questione delle particelle pericolose sulla luna.

“L’estrazione del carbone ha molti paralleli con l’attività lunare, e i rischi per la salute sono addirittura correlati”, ha detto. “Quando i moonwalker dell’Apollo rientrarono nel loro modulo lunare, portarono la polvere dalle loro tute nel volume abitabile, e questa ricoprì la loro pelle e le loro attrezzature. Hanno avuto irritazioni minori e possibili sintomi di febbre da fieno per l’ingestione.”

Questi sono grandi rischi per la salute umana e le prestazioni, ha sottolineato Kobrick. Inoltre, la polvere lunare potrebbe danneggiare le attrezzature sensibili sia all’interno dell’habitat che all’esterno sulla superficie lunare.

“Le salviette umidificate – o asciutte, dato che l’acqua sarà un bene prezioso – e l’aspirapolvere diventeranno la routine per gli abitanti della Luna”, ha detto Kobrick. “La manutenzione e la ricertificazione della sicurezza saranno operazioni critiche, dati i rischi della polvere. L’attrezzatura da campo sarà trattata più come un aeroplano che viene girato per il prossimo volo piuttosto che come un semplice parcheggio per la notte”.

La lunga permanenza sulla luna cambierà il paradigma dei veicoli da camera bianca, specialmente quando l’estrazione mineraria lunare prenderà il via. “L’esplorazione umana dipende dalla capacità di attraversare ambienti stranieri, ma il numero di cicli che le attrezzature costruite per durare devono sopportare determinerà quanto lontano ci porteranno le nostre scarpette lunari”, ha concluso Kobrick.

Talmente fastidioso è il problema della polvere, un incontro del prossimo anno si concentra sull’impatto della polvere lunare sull’esplorazione umana.

Il workshop è organizzato e presieduto da Joel Levine, professore di ricerca in scienze applicate al College of William and Mary di Williamsburg, Virginia, e consulente del NASA Engineering and Safety Center di Hampton, Virginia.

“Una delle principali scoperte inaspettate del programma Apollo fu l’impatto deleterio della polvere lunare sugli astronauti e sul loro equipaggiamento, comprese le tute spaziali”, ha detto Levine a Space.com.

“Mentre gli Stati Uniti iniziano un nuovo programma chiamato Artemis. inizia un nuovo programma chiamato Artemis, di esplorazione umana e colonizzazione della luna, con astronauti che passano sempre più tempo a lavorare ed esplorare la superficie lunare, dobbiamo trovare soluzioni per mitigare/ridurre l’impatto della polvere lunare sugli astronauti e le loro attrezzature”, ha detto.

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Leonard David is author of the recently released book, “Moon Rush: The New Space Race” published by National Geographic in May 2019. A longtime writer for Space.com, David has been reporting on the space industry for more than five decades. Follow us on Twitter @Spacedotcom or Facebook.

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