Podczas lądowania statków kosmicznych na powierzchni Księżyca ich silniki odrzutowe wytwarzają potężne strumienie gazów, które unoszą w powietrze gęste chmury księżycowego pyłu i odłamków gruntu. Te unoszące się cząstki mogą stanowić poważne zagrożenie dla delikatnej aparatury, uszkadzać sprzęt i zagrażać przyszłym bazom księżycowym.
W związku z planami agencji kosmicznych, takich jak NASA, dotyczącymi ustanowienia stałej obecności człowieka na Księżycu, zrozumienie zjawisk fizycznych zachodzących podczas lądowania staje się kluczowe.
Od 2021 roku naukowcy skupiają się na pewnym intrygującym zjawisku – regularnie rozmieszczonych smugach pyłu, które promieniście rozchodzą się od miejsca lądowania. Wzór ten został po raz pierwszy zaobserwowany podczas misji Apollo, a niedawno pojawił się ponownie przy lądowaniu sondy Blue Ghost, należącej do firmy Firefly Aerospace. Choć ten charakterystyczny układ śladów był znany od dziesięcioleci, jego przyczyna pozostawała tajemnicą – aż do teraz.
Zdjęcia z różnych lądowań na Księżycu, gdy statek kosmiczny zbliża się do powierzchni Księżyca, generując promieniste smugi wyrzucanych materiałów. Źródło: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8
Zespół badaczy zidentyfikował mechanizm fizyczny stojący za tym zjawiskiem, wykorzystując zaawansowaną analizę z zakresu mechaniki płynów. Okazało się, że za powstawanie wzorów odpowiada tzw. niestabilność Görtlera – zjawisko, w którym przepływ gazu nad zakrzywioną powierzchnią (w tym przypadku nad powierzchnią Księżyca) powoduje tworzenie się spiralnych wirów. W próżni księżycowej, pozbawionej atmosfery i oporu powietrza, to zjawisko jest jeszcze bardziej wyraziste – cząsteczki pyłu poruszają się swobodnie i z dużą energią, tworząc rozchodzące się wachlarzowato smugi.
Wyjaśnienie tego mechanizmu ma ogromne znaczenie praktyczne. Pył księżycowy – niezwykle drobny, o ostrych krawędziach i bardzo ściernych właściwościach – poruszający się z dużą prędkością może działać niczym strumień ściernego piasku. Taki „piaskowy pióropusz” może z łatwością uszkodzić lądowniki, panele słoneczne, systemy komunikacyjne czy elementy habitatów, zagrażając bezpieczeństwu całej misji.
W ramach badań zespół naukowców przeprowadził eksperymenty w specjalistycznej komorze próżniowej o długości 4,5 metra, mieszczącej się w Centrum Lotów Kosmicznych im. Marshalla (NASA Marshall Space Flight Center). W jej wnętrzu zamontowano zestaw sześciu precyzyjnych kamer, które rejestrowały erozję symulowanej gleby księżycowej (regolitu) pod wpływem działania strumienia gazu. Używając syntetycznego odpowiednika regolitu i warunków bliskich próżni, badacze byli w stanie szczegółowo przeanalizować proces formowania się kraterów, trajektorie cząstek oraz ich prędkości. W efekcie powstał unikalny zestaw danych – pierwszy tego rodzaju – który może posłużyć do tworzenia modeli predykcyjnych i testowania nowych technologii lądowania.
Zestaw eksperymentalny do badania smug materii wyrzuconej. Źródło: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8
Choć człowiek nie postawił stopy na Księżycu od ponad pół wieku, współczesna nauka wciąż czerpie wiedzę z doświadczeń ery Apollo. Jednak wraz z planowanym powrotem ludzi na Księżyc w ramach misji Artemis, niedoskonałości dawnej wiedzy stają się coraz bardziej istotne do uzupełnienia.
Profesor Rui Ni, inżynier i badacz z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa, który kierował badaniami, podkreśla znaczenie tej pracy. – Zrozumienie zjawiska wyrzutu pyłu to nie tylko kwestia naukowej ciekawości, ale przede wszystkim konieczność operacyjna. Nasze badania pomagają identyfikować zagrożenia, oferują strategie ich ograniczenia oraz umożliwiają precyzyjniejsze prognozowanie tempa erozji podczas lądowań. Nasze odkrycia torują drogę do opracowania skuteczniejszych metod lądowania oraz ochrony infrastruktury przed skutkami oddziaływania pyłu księżycowego.
W miarę jak eksploracja Księżyca nabiera tempa, takie badania stają się fundamentem bezpiecznego i trwałego powrotu człowieka na Srebrny Glob.
Więcej informacji: publikacja J. Sebastian Rubio et al, 'Dusty streaks on the Moon: fingerprints of multiphase flow instabilities', Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62001-8
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Moduł księżycowy sfotografowany podczas misji Apollo 15 w sierpniu 1971 roku. Źródło: NASA
