Six mois après que la mission Artemis II a envoyé quatre astronautes autour de la Lune, l'intérêt de leur vue rapprochée commence à se faire sentir. Les premiers résultats scientifiques, publiés le 7 octobre, révèlent des détails sur la gamme de couleurs de la Lune, la fréquence à laquelle elle est frappée par de minuscules rochers et des leçons pour extraire autant de science que possible des futures missions lunaires humaines.
« Nous avons travaillé extrêmement dur pour nous assurer que nous étions en mesure de maximiser le retour de la science lunaire partout où nous le pouvions dans cette mission », a déclaré Kelsey Young, responsable des opérations scientifiques de vol d'Artemis II, lors d'un atelier virtuel sur la science de la surface lunaire le 7 octobre.
La mission Artemis II de la NASA a envoyé quatre astronautes pour un voyage de 10 jours autour de la Lune en avril – la première fois que des humains s'approchaient de notre satellite naturel depuis plus de 50 ans. Les astronautes Reid Wiseman, Victor Glover, Christina Koch et Jeremy Hansen ont passé environ sept heures à proximité de la Lune pour effectuer des observations scientifiques, décrire les couleurs et textures surprenantes de la Lune et assister à une éclipse solaire depuis l'espace.
Presque tout cet événement a été diffusé en direct. Mais les astronautes ont pris des milliers de photos, de notes et d’enregistrements audio qui n’ont pas été immédiatement rendus publics. Une partie du travail de l'équipe scientifique consistait à digérer ces observations et à communiquer les données à toute personne souhaitant les étudier dans les six mois suivant l'amerrissage du 10 avril.
Avec trois jours à perdre, l'équipe a publié trois rapports et une archive de données massive le 7 octobre, à l'occasion du 67e anniversaire de la prise par le vaisseau spatial soviétique Luna 3 de la première photographie de la face cachée de la Lune. Les résultats offrent un test rare de ce que des observateurs humains qualifiés peuvent ajouter à la recherche lunaire et de ce que la NASA peut apprendre pour les futures missions sur la surface lunaire.
« Nous sommes vraiment ravis de publier toutes ces données », a déclaré Sara Schmidt, spécialiste du vol spatial Johnson Space Cener de la NASA à Houston, lors de la réunion. Après six mois de travail acharné, « cela permettra à la science de se réaliser pendant les prochaines, je ne sais pas, 60 ans, voire plus ».
Comment les astronautes apprennent à observer la Lune
Étonnamment, les données les plus précieuses de la mission n’étaient pas les photos époustouflantes, mais les descriptions verbales et écrites des astronautes de ce qu’ils voyaient.
Avant le lancement, les astronautes avaient suivi une formation approfondie en géologie lunaire et en observations scientifiques. Ils constituaient une extension de l'équipe scientifique, a déclaré la géologue de terrain Cindy Evans, également du Johnson Space Flight Center de la NASA, l'un des instructeurs des astronautes.
« On pouvait l'entendre dans leurs voix. Ils comprenaient le langage de la géologie », a-t-elle déclaré.
Cette formation visait à répondre à une question que Young entend souvent : que peuvent ajouter les humains qu'un appareil photo ne peut pas ajouter ?
Lors du survol, les astronautes ont travaillé en binôme. Deux d’entre eux ont parlé au contrôle de mission au sol, donnant des mises à jour périodiques à l’équipe scientifique sur ce qu’ils voyaient. Les deux autres se sont enregistrés en décrivant leurs observations et leurs réactions et ont utilisé un stylet pour annoter des cartes spécialement conçues de la lune qui avaient été téléchargées sur leurs tablettes pendant le vol. Ces notes, gribouillis et enregistrements n’ont pas été rendus publics jusqu’à présent.
L'idée était de donner à l'équipage des cahiers de terrain de haute technologie, explique Young.
« Si vous avez une expérience sur le terrain, vous savez que votre carnet de terrain est votre meilleur ami », a-t-elle déclaré lors de la réunion. Sur Terre, les géologues capturent les nuances et le contexte dans les mots écrits et parlés, ainsi que dans les croquis, a-t-elle déclaré. « Nous voulions offrir la possibilité de capturer ces informations nuancées de l'équipage. »
Un exemple en est lorsque Koch a esquissé sa vue du bassin Orientale, détaillant les différences de texture et les couches autour du cratère.
« Les croquis peuvent être très puissants », explique Young. « Ils sont rapides et sales et c'est exactement la bonne chose à faire. Vous capturez cette nuance très rapidement avant qu'elle ne quitte votre cerveau. »
Certaines des observations les plus uniques ont eu lieu au cours des 54 minutes pendant lesquelles la Lune a éclipsé le Soleil, donnant aux astronautes une vue de la couronne solaire, de la poussière interplanétaire et d'autres étoiles et planètes. C'était l'un des moments favoris de la planétologue Jennifer Heldmann du centre de recherche Ames de la NASA en Californie.
« Cet audio montrait leur joie et leur étonnement face à ce qu'ils voyaient et à l'endroit où ils se trouvaient », explique Heldmann. « Ils ont été époustouflés par ce qu'ils voyaient, tout en prenant des observations scientifiques très pertinentes. »
Mais certains des moments les plus émouvants ont été ceux où les mots ont manqué. Lorsque Glover et Koch ont vu la Terre émerger de derrière la Lune, pendant un moment, tout ce qu'ils ont pu dire, c'était « Oh mon Dieu !
« Je suppose que je devrais essayer de le décrire, mais je veux dire, bon sang », l'a enregistré la tablette de Glover.
« Non, j'ai essayé, mais c'est impossible », a reconnu Koch. « Vous pourriez être capable de piloter un vaisseau spatial et de parler, mais si vous pouvez voir cela et parler, vous n'avez tout simplement pas raison. »
Les astronautes ont repéré de minuscules impacts sur la Lune
Une autre chose que les astronautes ont pu voir pendant l’éclipse étaient des éclairs d’impact – de minuscules points lumineux marquant l’endroit où des morceaux de roche ont heurté la lune.
« C'est un point de lumière », a déclaré Hansen dans ses observations enregistrées. « Ce n'est pas comme un météore, tu n'as rien vu d'autre, c'est juste comme un bloop. »
Avant le lancement, l’équipe scientifique a identifié et hiérarchisé les observations qu’elle espérait que l’équipage pourrait faire pendant le survol. Les flashs d’impact étaient en tête de liste. Voir les éclairs donnerait aux scientifiques un moyen d'estimer la fréquence à laquelle la Lune est frappée par des roches entrantes et la taille de ces roches. C'est une chose importante à savoir pour protéger les futures missions où les astronautes marcheront sur la surface ou construiront une base lunaire à long terme.
Les scientifiques ne savaient pas si les astronautes verraient des éclairs. Ils en ont vu cinq. Les flashs étaient « des points de lumière d’une durée de moins d’une seconde, sans aucune couleur associée au flash », a déclaré Heldmann lors de la réunion.
En comparant le nombre d'éclairs par minute aux modèles théoriques du nombre d'impacts que la Lune pourrait subir, les scientifiques ont déterminé que les roches entrantes étaient minuscules, environ 8,5 grammes et un peu plus de 4,5 centimètres de diamètre, soit environ la taille d'une balle de golf.
« Grâce à ces observations, nous pensons que l'équipage d'Artemis II a établi un record pour les plus petites météorites jamais observées optiquement entrant en collision avec la Lune », a déclaré Heldmann.
Les cratères qui en résultent mesurent probablement moins d'un mètre de large, ce qui est trop petit pour que les caméras du Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA puissent les voir.
C'est une bonne nouvelle pour les futurs astronautes. Artemis IV, prévu pour 2028, est censé amener des astronautes sur la surface lunaire pour la première fois depuis Apollo. En cas de succès, il s’agira d’une mission de deux semaines utilisant des atterrisseurs des sociétés de vols spatiaux Blue Origin ou SpaceX. La probabilité d'un impact dangereux au cours d'une telle mission est inférieure à 1 sur 10 millions, a déclaré Heldmann. Pour une base lunaire plus grande, censée durer une décennie, la probabilité est plus élevée, mais toujours faible.
« Nous pouvons désormais commencer à quantifier ces probabilités d’impact, qui s’avèrent très très faibles », dit-elle. « Les équipages seront très en sécurité. »
La lune a plus de couleurs qu'il n'y paraît
Les couleurs atténuées de la lune étaient une autre observation hautement prioritaire pour l'équipe scientifique. Les teintes et luminosités lunaires peuvent changer en fonction de la rugosité du terrain, de la température de la surface et de la minéralogie – et elles sont beaucoup plus perceptibles à l’œil humain qu’avec les appareils photo. L’équipage a également vu comment les couleurs changeaient en fonction de l’angle de vue et des niveaux de lumière.
« C'est une démonstration vraiment intéressante de la valeur des yeux humains en tant que capteurs scientifiques », a déclaré le planétologue Ariel Deutsch, également de la NASA Ames.
La combinaison des observations de l'équipage avec d'autres données remontant aux années 1970 a permis aux scientifiques de relier les couleurs à la composition. Les bleus étaient associés à des roches volcaniques riches en titane. Les bruns reflètent différents niveaux de fer. Les verts proviennent du verre formé lors d’éruptions volcaniques ou d’impacts d’astéroïdes.
Les futurs astronautes pourraient utiliser ces informations pour créer des cartes de terrain et trouver des matériaux spécifiques sur la lune pour la collecte d'échantillons ou de ressources.
L’équipage était également séduit par le terminateur, la frontière entre la lumière et l’obscurité, qui révélait la topographie lunaire d’une nouvelle manière.
« Même aussi robuste que la face cachée semble… mec, quand vous regardez le terminateur, il est tout simplement incroyablement robuste », a déclaré Wiseman pendant le vol. « Et cela vous rappelle que toute la face cachée est ainsi. C'est juste que le terminateur fait vraiment ressortir les ombres, les collines et les vallées. Et c'est juste – c'est incroyable. »
L'éclairage au niveau du terminateur est similaire à celui auquel les futurs astronautes pourraient s'attendre au pôle sud de la Lune, où le soleil sera bas sur l'horizon et pourrait projeter des ombres spectaculaires.
« Nous voulons nous assurer que nous maîtrisons bien cela, tant pour la science que pour les opérations et l'exploration », a déclaré Heldmann.
Ce qu'Artemis II a appris à la NASA pour les futures missions lunaires
Avec les leçons d’Artemis II en main, c’est désormais au tour des prochains astronautes.
Certaines recommandations issues d'Artemis II se concentrent sur l'amélioration des conditions à bord du vaisseau spatial et sur une meilleure intégration de la science dans la planification des missions. Par exemple, en raison de contraintes de temps, les caméras des astronautes n'ont pas été étalonnées avant le vol. L'équipe essaie maintenant de les calibrer sur Terre, mais elle ne peut pas recréer la manière dont les fenêtres ont affecté les images, car les fenêtres ont été carbonisées lors du retour dans l'atmosphère terrestre.
Un autre point à retenir d’Artemis II est de continuer à perfectionner et à former les astronautes à la prise de notes descriptives. Les notes audio seront encore plus importantes pour les premières missions atterries, où les astronautes en combinaison spatiale ne pourront pas écrire dans un cahier.
« Nous voulons former des astronautes pour qu'ils deviennent des scientifiques de terrain, quel que soit le site d'atterrissage et quelle que soit la mission qui leur est confiée », explique Young.
Le système de camaraderie de deux astronautes aux fenêtres, deux parlant au sol, a conduit à une meilleure science, a conclu l'équipe.
« L'équipage a eu des discussions scientifiques et a essayé de comprendre ce qu'il voyait », explique Heldmann. Pour les missions de surface, où le temps est limité et où les choix doivent être faits rapidement, cette collaboration sera encore plus importante.
L’équipage a également souligné à quel point cela avait été utile.
« Lorsque nous descendons à la surface, je sais que, pour des raisons de sécurité, nous n'enverrons jamais quelqu'un seul, mais je veux juste souligner l'importance du temps de discussion », a déclaré Glover. « Lorsque nous avons commencé à parler, nous avons non seulement eu de meilleures discussions scientifiques, mais également de meilleures relations humaines. »