9.1: Propriedades gerais da lua

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Objetivos de

Ao final desta seção, você poderá:

Discuta o que foi aprendido com a exploração lunar tripulada e robótica
Descreva a composição e a estrutura da Lua

A Lua tem apenas um oitavo da massa da Terra e cerca de um sexto da gravidade da superfície da Terra — muito baixa para reter uma atmosfera (Figura$\PageIndex{1}$). As moléculas de um gás em movimento podem escapar de um planeta da mesma forma que um foguete, e quanto menor a gravidade, mais fácil é para o gás vazar para o espaço. Embora a Lua possa adquirir uma atmosfera temporária ao impactar cometas, essa atmosfera é rapidamente perdida pelo congelamento na superfície ou pela fuga para o espaço circundante. A Lua hoje é dramaticamente deficiente em uma ampla gama de voláteis, elementos e compostos que evaporam a temperaturas relativamente baixas. Algumas das propriedades da Lua estão resumidas na Tabela$\PageIndex{1}$, junto com valores comparativos para Mercúrio.

Dois lados da lua. — Figura$\PageIndex{1}$ A imagem à esquerda mostra parte do hemisfério que está voltada para a Terra; várias marias escuras são visíveis. A imagem à direita mostra parte do hemisfério que está voltada para o outro lado da Terra; é dominado por terras altas. A resolução dessa imagem é de vários quilômetros, semelhante à de um binóculo de alta potência ou de um pequeno telescópio.

Tabela$\PageIndex{1}$: Propriedades da Lua e do Mercúrio
Propriedade	Lua	Mercúrio
Massa (Terra = 1)	0,0123	0,055
Diâmetro (km)	3476	4878
Densidade (g/cm3)	3.3	5.4
Gravidade superficial (Terra = 1)	0,17	0,38
Velocidade de escape (km/s)	2.4	4.3
Período de rotação (dias)	27.3	58,65
Área de superfície (Terra = 1)	0,27	0,38

Exploração da Lua

A maior parte do que sabemos sobre a Lua hoje deriva do programa Apollo dos EUA, que enviou nove espaçonaves pilotadas ao nosso satélite entre 1968 e 1972, pousando 12 astronautas em sua superfície (a foto em miniatura deste capítulo). Antes da era dos estudos de naves espaciais, os astrônomos haviam mapeado o lado da Lua voltado para a Terra com resolução telescópica de cerca de 1 quilômetro, mas a geologia lunar dificilmente existia como assunto científico. Tudo isso mudou a partir do início dos anos 1960. Inicialmente, a Rússia assumiu a liderança na exploração lunar com o Luna 3, que retornou as primeiras fotos do outro lado lunar em 1959, e depois com o Luna 9, que pousou na superfície em 1966 e transmitiu imagens e outros dados para a Terra. No entanto, esses esforços foram ofuscados em 20 de julho de 1969, quando o primeiro astronauta americano pisou na Lua.

A tabela$\PageIndex{2}$ resume os nove voos da Apollo: seis que pousaram e outros três que circularam pela Lua, mas não pousaram. Os pousos iniciais foram em planícies planas selecionadas por razões de segurança. Mas com cada vez mais experiência e confiança, a NASA direcionou as últimas três missões para locais geologicamente mais interessantes. O nível de exploração científica também aumentou a cada missão, já que os astronautas passaram mais tempo na Lua e carregavam equipamentos mais elaborados. Finalmente, no último pouso da Apollo, a NASA incluiu um cientista, o geólogo Jack Schmitt, entre os astronautas (Figura$9.1.2$).

Tabela$\PageIndex{2}$: Voos da Apollo para a Lua
Voo	Encontro	Local de pouso	Realização principal
Apollo 8	Dezembro de 1968	—	Primeiros humanos a voar ao redor da Lua
Apollo 10	Maio de 1969	—	Primeiro encontro de espaçonave em órbita lunar
Apollo 11	Julho de 1969	Mare Tranquillitatis	Primeira aterrissagem humana na Lua; 22 quilos de amostras devolvidas
Apollo 12	Novembro de 1969	Oceanus Procellarum	Primeiro pacote de experimentos de superfície lunar da Apollo (ALSEP); visita à sonda Surveyor 3
Apollo 13	Abr. 1970	—	Aterrissagem abortada devido a explosão no módulo de comando
Apolo 14	Janeiro de 1971	Mare Nubium	Primeiro “riquixá” na Lua
Apollo 15	Julho de 1971	Mare Imbrium/Hadley	Primeiro “rover”; visita a Hadley Rille; astronautas percorreram 24 quilômetros
Apollo 16	Abr. 1972	Descartes	Primeiro pouso nas terras altas; 95 kg de amostras devolvidas
Apollo 17	Dezembro de 1972	Planalto de Taurus-Littrow	Geólogo entre a tripulação; 111 quilos de amostras devolvidos

Cientista na lua. — Figura O$\PageIndex{2}$ geólogo (e mais tarde senador dos EUA) Harrison “Jack” Schmitt em frente a uma grande rocha no Vale do Littrow, na orla do planalto lunar. Observe como o céu está escuro na lua sem ar. Nenhuma estrela é visível porque a superfície é iluminada pelo Sol e, portanto, a exposição não é longa o suficiente para revelar estrelas.

Além de pousar na superfície lunar e estudá-la de perto, as missões Apollo cumpriram três objetivos de grande importância para a ciência lunar. Primeiro, os astronautas coletaram quase 400 quilos de amostras para análises laboratoriais detalhadas na Terra (Figura$\PageIndex{3}$). Essas amostras revelaram tanto sobre a Lua e sua história quanto todos os outros estudos lunares juntos. Em segundo lugar, cada pouso da Apollo após o primeiro implantou um Pacote de Experimentos de Superfície Lunar da Apollo (ALSEP), que continuou a operar por anos após a partida dos astronautas. Em terceiro lugar, os módulos de comando Apollo em órbita transportavam uma ampla variedade de instrumentos para fotografar e analisar a superfície lunar de cima.

Lidando com pedras lunares — Figura$\PageIndex{3}$ manipulando rochas lunares. As amostras lunares coletadas no Projeto Apollo são analisadas e armazenadas nas instalações da NASA no Centro Espacial Johnson em Houston, Texas. Aqui, um técnico examina uma amostra de rocha usando luvas em um ambiente selado para evitar a contaminação da amostra.

O último humano deixou a Lua em dezembro de 1972, pouco mais de três anos depois de Neil Armstrong dar seu “salto gigante pela humanidade”. O programa de exploração lunar foi interrompido a meio caminho devido às pressões políticas e econômicas. Custou cerca de $100 por americano, distribuídos por 10 anos — o equivalente a uma pizza grande por pessoa por ano. No entanto, para muitas pessoas, o pouso na Lua foi um dos eventos centrais na história do século XX.

Os foguetes gigantes Apollo construídos para viajar até a Lua foram deixados enferrujados nos gramados dos centros da NASA na Flórida, Texas e Alabama, embora recentemente alguns tenham pelo menos sido transferidos para dentro de casa para museus (Figura$\PageIndex{4}$). Hoje, nem a NASA nem a Rússia têm planos de enviar astronautas à Lua, e a China parece ser a nação com maior probabilidade de tentar esse feito. (Em uma ironia bizarra, algumas pessoas até questionam se fomos à Lua, propondo, em vez disso, que o programa Apollo era falso, filmado em um palco sonoro de Hollywood. Veja a caixa abaixo para ver as respostas de alguns cientistas a essas alegações.) No entanto, o interesse científico pela Lua está mais forte do que nunca, e mais de meia dúzia de naves espaciais científicas — enviadas da NASA, ESA, Japão, Índia e China — orbitaram ou pousaram em nosso vizinho mais próximo durante a última década.

Leia The Great Moon Hoax sobre a alegação de que a NASA nunca conseguiu colocar pessoas na Lua.

Foguete lunar em exibição. — Figura$\PageIndex{4}$ Um dos foguetes Saturn 5 não utilizados construídos para ir à Lua agora é uma atração turística no Centro Espacial Johnson da NASA em Houston, embora tenha sido movido para dentro de casa desde que esta foto foi tirada.

A exploração lunar se tornou uma empresa internacional com muitas naves espaciais robóticas focadas na ciência lunar. A URSS enviou um número na década de 1960, incluindo devoluções de amostras de robôs. A tabela$\PageIndex{3}$ lista algumas das missões lunares mais recentes.

Tabela$\PageIndex{3}$: Algumas missões internacionais à Lua
Ano de lançamento	Nave espacial	Tipo de missão	Agência
1994	Clementine	Orbitador	NÓS (USAF/NASA)
1998	Prospector Lunar	Orbitador	NÓS (NASA)
2003	SMART-1	Orbitador	Europa (ESA)
2007	SELENE 1	Orbitador	Japão (JAXA)
2007	Mudança 1	Orbitador	China (CNSA)
2008	Chandrayaan-1	Orbitador	Índia (ISRO)
2009	LRO	Orbitador	NÓS (NASA)
2009	LCROSS	Impactor	NÓS (NASA)
2010	Chang'e 2	Orbitador	China (CNSA)
2011	GRAAL	Orbitadores gêmeos	NÓS (NASA)
2013	DAMA	Orbitador	NÓS (NASA)
2013	Chang'e 3	Lander/Rover	China (CNSA)
2018	Chang'e 4	Lander/Rover em Farside	China (CNSA)

Composição e estrutura da lua

A composição da Lua não é a mesma da Terra. Com uma densidade média de apenas 3,3 g/cm ³, a Lua deve ser feita quase inteiramente de rocha silicatada. Em comparação com a Terra, está esgotado em ferro e outros metais. É como se a Lua fosse composta pelos mesmos silicatos do manto e da crosta terrestre, com os metais e os voláteis removidos seletivamente. Essas diferenças na composição entre a Terra e a Lua fornecem pistas importantes sobre a origem da Lua, um tópico que abordaremos em detalhes mais adiante neste capítulo.

Estudos do interior da Lua realizados com sismômetros levados à Lua como parte do programa Apollo confirmam a ausência de um grande núcleo de metal. A espaçonave gêmea GRAIL lançada em órbita lunar em 2011 proporcionou um rastreamento ainda mais preciso da estrutura interna. Também sabemos pelo estudo de amostras lunares que a água e outros voláteis foram esgotados da crosta lunar. As pequenas quantidades de água detectadas nessas amostras foram originalmente atribuídas a pequenos vazamentos na vedação do recipiente que admitiam vapor de água da atmosfera da Terra. No entanto, os cientistas já concluíram que alguma água quimicamente ligada está presente nas rochas lunares.

Mais dramaticamente, gelo de água foi detectado em crateras permanentemente sombreadas perto dos pólos lunares. Em 2009, a NASA colidiu com uma pequena espaçonave chamada Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) na cratera Cabeus, perto do polo sul da Lua. O impacto a 9.000 quilômetros por hora liberou energia equivalente a 2 toneladas de dinamite, explodindo uma nuvem de vapor de água e outros produtos químicos bem acima da superfície. Essa pluma era visível para telescópios em órbita ao redor da Lua, e a própria espaçonave LCROSS fez medições enquanto voava pela pluma. Uma espaçonave da NASA chamada Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) também mediu as temperaturas muito baixas dentro de várias crateras lunares, e suas câmeras sensíveis conseguiram até mesmo capturar imagens do interior da cratera pela luz das estrelas.

A quantidade total de gelo de água nas crateras polares da Lua é estimada em centenas de bilhões de toneladas. Como líquido, isso só seria água suficiente para encher um lago de 100 milhas de diâmetro, mas em comparação com o resto da crosta lunar seca, muita água é notável. Presumivelmente, essa água polar foi levada para a Lua por cometas e asteróides que atingiram sua superfície. Uma pequena fração da água congelou em algumas regiões extremamente frias (armadilhas frias) onde o Sol nunca brilha, como no fundo de crateras profundas nos pólos da Lua. Uma razão pela qual essa descoberta pode ser importante é que ela aumenta a possibilidade de habitação humana futura perto dos pólos lunares, ou mesmo de uma base lunar como estação de passagem nas rotas para Marte e o resto do sistema solar. Se o gelo pudesse ser extraído, ele produziria água e oxigênio para o sustento humano e poderia ser decomposto em hidrogênio e oxigênio, um potente combustível de foguete.

Resumo

A maior parte do que sabemos sobre a Lua deriva do programa Apollo, incluindo 400 quilos de amostras lunares ainda sendo intensamente estudadas. A Lua tem um octogésimo da massa da Terra e está severamente esgotada tanto em metais quanto em materiais voláteis. É feito quase inteiramente de silicatos como os do manto e da crosta terrestre. No entanto, naves espaciais mais recentes encontraram evidências de uma pequena quantidade de água próxima aos pólos lunares, provavelmente depositada por impactos de cometas e asteróides.