Människor har inte haft mycket av en möjlighet att arbeta på månen. De 12 Apollo-astronauterna som fick utforska dess yta klockade in 80 timmar totalt av upptäcktstid. Från deras korta möten, och från omfattande analyser av Apollo-prover och månmeteoriter som hittades på jorden, forskare har lärt sig nästan så mycket som möjligt för att lära sig om månens miljö utan mycket kontakt med ytan. Nu, för första gången på ett halvt sekel, NASA:s Artemis-uppdrag kommer att tillåta forskare och ingenjörer att undersöka ytan på nära håll. Detta kommer att lära oss hur vi kan förflytta oss säkert över månens mark, känd som regolit; hur man bygger infrastruktur ovanpå det; och hur man kan hålla människor säkra i rymden. Teknikerna som forskare kommer att utveckla på månen kommer att göra det möjligt för människor att säkert och hållbart utforska längre destinationer, som Mars.

Här är några saker vi kommer att lära oss genom att spendera tid på månens yta:

Hur mycket förorenar vi ytan när vi landar på den?

När ett rymdskepp går ner till månens yta, den sprutar den med vatten och andra gaser som släpps ut när fordonet pressar sina motorer för att sakta ner sig för en mjuk landning. För astronauter som kommer att katalogisera lokala vattenförsörjningar, dessa jordiska föroreningar kommer att göra det svårt att skilja mellan bonafide månvatten och vatten från deras fordons avgaser. Det kan också lera kemiska analyser av månens yta och dess supertunna atmosfär, som kallas exosfär.

För att skydda vetenskapens noggrannhet på ytan, många forskare bygger datormodeller och labbexperiment som kan hjälpa till att förutsäga hur våra rymdfarkoster kommer att påverka månmiljön. Till exempel, Parvathy Prem, en planetforskare vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Md., designar mjukvara som simulerar vad som händer när ett fordon släpper ut främmande gaser vid månen.

Hennes simuleringar visar att avgaser från en liten rymdfarkost – storleken på Kinas obemannade Chang'e-3 månlandare – skulle spruta cirka 661 pund (300 kg) vatten och andra gaser flera kilometer ut från landningsplatsen. För en tyngre, landningsfordon i mänsklig storlek, detta område skulle sannolikt vara mycket bredare och kan kräva att astronauter vågar sig många kilometer bort från sin bas för färska prover av månjord. (Apollo-astronauter vågade sig från några hundra meter till dussintals kilometer bort från kommandomodulen av just denna anledning.)

Nu, Prem utvecklar nya simuleringar för att förstå vad som händer med vatten efter att det har släppts ut i månens miljö. Drar den kvar i exosfären och blåser sedan ut i rymden? Sätter den sig i regoliten, eller hoppar dess molekyler runt ytan? "Vi försöker bygga upp en uppsättning lösningar där vi antar olika saker om interaktioner mellan vattenmolekyler och månens yta, säger Prem, "så att nästa gång vi kan observera en landning och göra mätningar, vi kommer att ha den här uppsättningen lösningar som vi har byggt upp och vi kommer att kunna se vilken som passar bäst för att snabbt avgöra vad som händer."

Prem är en del av ett team på NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som kommer att skicka ett instrument under de närmaste åren på en av NASA:s Commercial Lunar Payload Services-landare för att undersöka dessa frågor. Teamet kommer att samla information som inte bara kommer att informera om månutforskning, men också hur forskare kommer att samla framtida prover från asteroider, Mars och andra kroppar. "Vi kommer inte att kunna undvika kontaminering, säger Prem, "men vi måste veta hur mycket av det som händer så att vi kan redogöra för det."

Hur man arbetar med jord som beter sig som bakmjöl

Föreställ dig att sticka en måttsked i bakmjöl. Regolith känner något sådant. Regolith är mest jämförbar med jordsand, som är gjord av stenar malda av vinden, regn och andra element. Men varje sandkorn är insvept i luftmolekyler som lägger till utrymme mellan dem. Eftersom det inte finns någon luft på månen, regolith är mer sammanhållen, vilket betyder att dess korn håller tätt ihop som de av bakmjöl.

Att veta om regolitens egenskaper är viktigt för att utforma uppdrag till månen. Om fordon ska köra långa sträckor över ytan, och om astronauter ska gräva regolit för att bygga infrastruktur, forskare och ingenjörer behöver veta hur man bäst utrustar dem, säger Christine Hartzell, en flygteknikprofessor vid University of Maryland i College Park som studerar regolit på månen och på asteroider, inklusive Bennu, där rymdfarkosten OSIRIS-REx för närvarande kretsar.

"Om du designar något att köra på stranden, du designar väldigt tjocka däck eftersom de måste hantera sand som är komprimerbar och växlar under hjulet. Men du skulle designa smala däck för en landsvägscykel eftersom den kör över en yta som är riktigt hård och enhetlig, " konstaterar hon. "På månen, vi måste veta om vi ska köra över en grusyta eller över en sanddyn."

Regolith är gjord av lösa stenar, småsten och damm, och den täcker hela månen. Det skiljer sig från sand på ett antal sätt, förutom sammanhållning:Till skillnad från sand, som rundas över eoner av vind och vatten, två fenomen som inte existerar på den luftlösa och torra månen, korn av månjord är vassa, spetsiga och potentiellt nötande på rymddräkter och utrustning.

månens jord blir också elektrostatiskt laddad av solpartiklar som slår in i månens yta. Detta gör att den fastnar på utrustning, liknande hur kläder kan hålla ihop när du tar ut dem ur torktumlaren. Faktiskt, det finns fortfarande en del regolit som har fastnat på rymddräkter från Apollo-uppdrag.

Astronauter som rör sig över ytan kan också förstärka elektrostatiska krafter, liknar någon som bygger upp statisk elektricitet efter att ha blandat över ett heltäckningsmatta golv. Deras aktivitet kan få dammpartiklar från ytan att sväva upp till 10 meter (33 fot), Hartzell uppskattar.

Om astronauter ska möta moln av klibbigt damm, forskare och ingenjörer måste vara beredda att hantera det, hon säger:"Vi vill veta vad som händer med dammet när det slutar sväva. Om det lägger sig, tuggar det upp mekaniken i ett månfordon? Avsätts det på optiska instrument och får allt att se grumligt ut?" Robotutforskning av ytan under de kommande åren kommer att hjälpa forskare att svara på några av dessa frågor som förberedelse för att skicka astronauter.

Hur mycket vatten det finns och var

Under det senaste årtiondet, instrument på NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter och på andra rymdfarkoster har returnerat bevis på vatten på månen. Flytande vatten är inte stabilt vid månens yta, men det finns bevis för vattenmolekyler som studsar runt på ytan och i atmosfären; vattenis vid polerna; och mycket små mängder vatten fångat inuti strukturen av några av månens stenar och mineraler.

Oavsett form, vatten är kritiskt. Artemis-astronauter kommer att behöva det för att dricka och för dess komponenter, syre och väte, som kommer att användas för att andas och för att göra raketbränsle för djupa rymdresor.

De mest lovande månens vattenreserver verkar finnas i de permanent skuggade kratrarna vid polerna, som är bland de kallaste platserna i solsystemet och, Således, bra på att bevara saker som vatten, forskare förväntar sig. Detta, förutom det rikliga solljuset, Det är därför månens sydpol är målområdet för ett Artemis mänskligt uppdrag.

Utmaningen är att för det mesta, fjärravkänningsinstrument kan upptäcka vatten, eller dess kemiska komponenter, i ett relativt grunt lager av ytan. Detta väcker frågan om det är allt vatten som finns tillgängligt för människor att använda eller om det bara är toppen av isberget. Artemis-astronauter kommer att behöva gräva under ytan för att ta reda på det.