Более тридцати лет назад, находясь на Луне, астронавты Аполлона сделали важное открытие: лунная пыль может представлять собой существенную помеху. Мелкий порошкообразный песок был повсюду и удивительным образом попадал в различные предметы. Лунная пыль закупоривала отверстия для болтов, загрязняла инструменты, покрывала лицевые стекла шлемов астронавтов и обдирала их перчатки. Очень часто, при работе на поверхности Луны, им приходилось приостанавливать свою работу, чтобы очистить камеры и оборудование с помощью больших – и по большей части неэффективных - щеток.
Вверху: Изображение стекла с вкраплениями железа, которое покрывает частицы лунной пыли, полученное с помощью микроскопа. Автор: Keller et al, 1999. [Подробнее]
Решение "проблемы пыли", похоже, станет основной задачей для будущих поколений исследователей NASA. Но как же решить эту проблему? Профессор Ларри Тейлор, директор Института Планетарных Геонаук Университета штата Теннеси, считает, что у него есть ответ на данный вопрос: "Магниты".
Вверху: В лаборатории Тейлора, лунная пыль, насыпанная на проволочную сетку, выравнивается в соответствии с находящимся внутри магнитом. Слайд-шоу: №1, №2, №3, №4. Эта идея посетила его в 2000 г. Тейлор находился в своей лаборатории, изучая образцы лунной пыли, доставленные Аполлоном 17, и с удивлением заметил что происходит, когда он подносит к пыли магнит. Неожиданно "все крошечные крупинки подпрыгнули вверх и прилипли к магниту".
"Я не сразу понял важность этого открытия", вспоминает Тейлор, "только когда однажды стал рассказывать о нем астронавту Аполлона 17, Джеку Шмитту, в моем офисе, и он воскликнул: 'Бог ты мой, только подумай, что мы могли бы сделать, если бы прикрепили к щетке магнит!'"
"Только самые мелкие крупинки (< 20 микрон) полностью реагируют на магнит", замечает Тейлор, но это не страшно, так как именно эти мелкие крупинки чаще всего и составляют главную проблему. Они легче всего проникают в герметичные швы скафандров и забиваются под крышки "запаянных" контейнеров для сбора образцов. И когда Астронавты вошли в лунный модуль в своих пыльных ботинках, мельчайшие частицы пыли взметнулись в воздух, откуда они могли попасть в легкие при вдохе. Это вызвало, по крайней мере, у одного из астронавтов (Шмитта) приступ "сенной лихорадки, спровоцированной лунной пылью".
С тех пор Тейлор уже изобрел опытный экземпляр воздушного фильтра с постоянными магнитами внутри. "Когда такой фильтр загрязняется, вы вытаскиваете магниты, и пыль попадает в коробку". Более поздняя разработка с электромагнитами действует более эффективно: "Вы подтягиваете вилку к электромагниту, подсоединяете его, и пыль осыпается вниз, в контейнер". Сейчас он трудится над разработкой опытного экземпляра "щетки для пыли" с использованием постоянных магнитов.
Пыль на Земле не обладает магнитными свойствами, тогда почему же они присущи лунной пыли?
"Лунная пыль – это не совсем обычная субстанция", поясняет Тейлор. "Каждая крошечная крупинка лунной пыли покрыта слоем стекла толщиной лишь в несколько сот нанометров (1/100 диаметра человеческого волоса)". Тейлор и его коллеги исследовали это покрытие с помощью микроскопа и обнаружили "миллионы мельчайших вкраплений железа, взвешенных в стекле, словно звезды в небесах". Эти вкрапления железа и служат источником магнитных свойств.
Исследователи полагают, что это стекло представляет собой побочный продукт метеоритной бомбардировки. Мелкие микрометеориты ударяются о поверхность Луны, повышая температуру выше 2000 °C, что без преувеличения соответствует температуре на поверхности красных звезд. Такая крайне высокая температура испаряет молекулы в расплавленной почве. "Эти испарения состоят из сложных образований, таких как FeO и SiO2", говорит Тейлор. Если температура достаточно высока, молекулы распадаются на свои атомные составляющие: Si, Fe, O и т.д. Затем, когда испарения остывают, атомы воссоединяются и конденсируются на частицах лунной пыли, осаждаясь в виде слоя стекла из диоксида кремния (SiO2), усыпанного крошечными самородками чистого железа (Fe).
Тонкого слоя железа недостаточно для того, чтобы частицы размером с песчинку или гальку, обладали выраженными магнитными свойствами, только напыление тонкого слоя железа на тяжелый баскетбольный мяч не сможет заставить его прилипнуть к магниту, говорит Тейлор. Однако тонкого слоя покрытия более чем достаточно для частиц, размером менее 20 микрон. Их масса настолько невелика по сравнению с площадью их поверхности, что магниты Тейлора без труда поднимают их.
Магниты – это не единственный способ справиться с лунной пылью. NASA рассматривает целый набор вариантов: от воздушных шлюзов до пылесосов. Но если Тейлор прав, то магниты будут очень важны, и лунная пыль не будет доставлять столько проблем астронавтам в следующие их визиты на Луну.