Felfedezés

A Hold robotkutatása

Írta: Paul D. Spudis, Lunar and Planetary Insitute

A Hold évezredekig megtartotta képzeletünket, ennek ellenére csak a modern időkben kerestük fel ezt a testet, először robotgépekkel, majd űrhajósokkal. A Hold felfedezése sokat tanított nekünk a Naprendszer és önmagunk evolúciójáról. Évszázadok óta ismerjük az egyre növekvő és fogyó hold árapályokra és biológiai ciklusokra gyakorolt hatásait. De az űrkorszak feltárása kellett ahhoz, hogy megmutassuk, hogyan kapcsolódik a Hold az emberi létezéshez egy nagyon alapvető szinten.

Elérkezik az űrkorszak: robotok a Holdra

A Sputnik 1 megdöbbentő indításával, 1957 októberében a hold az égen egy távoli ezüst korongról valóságos helyre változott, a szondák és az emberek valószínű célállomásává. A szovjetek ütöttek először, 1959 januárjában a hold repítette a Luna 1-et. Számos más robotszondával követték ezt a sikert, és ugyanebben az évben tetőztek a Luna 3-mal, amely a Hold túlsó oldalát fényképezte, soha nem látszott a Földről. Ezekből a korai, rossz minőségű képekből kiderült, hogy a túlsó oldalon meglepően kevés a sötét, sima kanca síkság, amely a közeli oldal mintegy harmadát fedi. Más meglepetések hamarosan következnek.

Jurij Gagarin szovjet űrhajós 1961-es repülésére reagálva John F. Kennedy elnök kötelezte az Egyesült Államokat, hogy az évtized végéig egy embert szállítson le a Holdra. Az Apollo-program nagyban felpörgette az érdeklődést a hold felfedezése iránt. Annak biztosítása érdekében, hogy az emberi személyzet biztonságosan tudjon leszállni és elhagyni a Hold felszínét, fontos volt megérteni annak környezetét, felületét és folyamatait. Ugyanakkor a robot prekurzorok értékes információkat gyűjtenének, amelyek egy másik bolygó testének első tudományos felfedezését jelentenék.

Amerika első lépése a Ranger kemény leszállók sora volt. Ezeket a szondákat úgy tervezték, hogy növekvő részletességgel fényképezzék a holdfelszínt, mielőtt a felszínbe csapódnának. Számos szívszorító kudarc után a Ranger 7-nek sikerült 1964 júliusában részletes televíziós képeket küldeni a Mare Nubium-ról (Felhők Tengeréről). A Ranger-szondákból kiderült, hogy a kráterek, azok a furcsa lyukak, amelyek a Hold felszínét borsozzák, a felbontás határai. A mikrometeorit-bombázások felszínre hozták a felszíni sziklákat, és finom port (regolitot) hoztak létre. További két Ranger űrhajó repült a Holdra, amelynek csúcspontja az 1965-ös Live From the Moon televíziós kép volt a Ranger 9-től, amely az Alphonsus látványos holdkráterbe került.

Sokkal közelebbről szemügyre vettük a hold felszínét 1966 elején. Ismét az Egyesült Államok R.R. vezette az utat azáltal, hogy biztonságosan lágy leszállt a robot Luna 9 űrszonda kancasíkján, az Oceanus Procellarumon. Úgy találta, hogy a felület porszerű szennyeződés, néhány sziklával beszórva, de elég erős ahhoz, hogy elbírja a leszállt űrhajó súlyát. 1966 májusában az Egyesült Államok követte az összetett robot űrhajó, a Surveyor leszállását. Televíziós képeket küldött vissza a Földre, amelyek részletesen bemutatták a felszínt és annak fizikai tulajdonságait. Későbbi földmérői küldetések (összesen öt) fizikai adatokat gyűjtöttek a talaj tulajdonságairól, beleértve annak kémiai összetételét is. A holdfelszín elemzése kimutatta, hogy a sötét maria összetétele hasonló volt a földi bazalthoz, egy sötét vasban gazdag lávához, míg a nagyon friss Tycho sugárzott kráter közelében lévő felföld világosabb színű és furcsa módon alumíniumban gazdag. Ez elképesztő kinyilatkoztatáshoz vezetett a Hold korai történelméről, miután az Apollo 11 legénysége később visszahozta az első fizikai mintákat a Földre.

Az utolsó robotmissziók először térképezték fel az egész holdat a pályáról, és rendkívül nagy felbontású képeket kaptak a lehetséges leszállási helyekről, igazolva biztonságukat az Apollo-missziók követésére. Ez az amerikai Lunar Orbiter sorozat öt térképezési küldetést hajtott végre, amelyeken akár néhány méteres sziklák is láthatók voltak. Csodálatos kilátásokat szereztek a tudományosan érdekes célpontokról is, például a nagy, fényesen sugárzott kráter, a Copernicus első „pilóta szeméből”, amelyet a híradósok „század képének” neveztek el. Hamarosan újabb „századi képeket” szereztek a Holdon sétáló emberek.

Ezekből a robotmissziókból megtudtuk, hogy a hold minden méretekben kráterezett és gödrös volt. A felület porszerű por volt, de elég erős ahhoz, hogy elviselje az emberek és a gépek súlyát. A Holdnak nem volt globális mágneses tere vagy légköre, és közös kőzettípusok alkották, hasonlóak a Földön találhatókhoz. Most előkészült a következő óriási ugrás a hold- és bolygótörténet megértésében.

Apollo: Az emberek követik

Apollo volt Amerika űrprogramjának legfinomabb órája. Mindössze nyolc év alatt az emberi űrrepülés nulla képességétől kezdve az embereket leszállítottuk a Hold felszínére. Ezekből a küldetésekből a tudósok új nézetet alakítottak ki a bolygók és a Föld életének eredetéről és evolúciójáról.

Az Apollo 8 karácsonykor 1968-ban végzett repülése mérföldkő volt - az emberek elhagyták a Föld alacsony pályáját, és elérték a Holdat, majdnem egy napig köröztek rajta. Első alkalommal az emberek a Holdat keresték a pályáról. Elhagyatottnak és szürkének találták, de semmi nem látta, ami megakadályozná az utolsó 62 mérföld felszínre utazását. 1969 májusában az Apollo 10 a Hold körül keringett, tesztelve a holdraszállót. A főpróba volt az emberes leszállás eljövetele. Az Apollo-küldetések mindegyike - és az űrhajósok, akik a következő landoló küldetések során a keringő parancsnoki modulban maradtak - több száz nagyfelbontású fényképet készítettek a hold felszínéről. Vizuális megfigyeléseik kiegészítették a holdgeológia egyre növekvő ismereteit.

Neil Armstrong és Buzz Aldrin az Apollo 11-ben, az Apollo 11-ben, 1969. július 20-án biztonságosan leszálltak Mare Tranquillitatis-ban (Nyugalom tengere) 1969. július 20-án. Több mint 2 órán át sétáltak a Holdon., sziklák és talaj összegyűjtése és kísérleti csomagok kirakása. Az Apollo 11 mintákból megtudtuk, hogy a sötét maria ősi vulkáni lávák, amelyek több mint 3,6 milliárd évvel ezelőtt kristályosodtak ki. A holdminták kémiai összetételükben hasonlóak a Föld kőzeteihez, de rendkívül szárazak, nincs bizonyíték arra, hogy a Holdon, a múltban vagy a jelenben jelentős víz lenne. A talajban apró fehér kőzetrészeket találtak, amelyeket távoli hegyvidékről robbantottak a helyszínre. A Tycho-kráter Surveyor 7 kémiai elemzésének korábbi eredményeivel együtt a tudósok úgy vélték, hogy az ősi hold majdnem teljesen megolvadt, folyékony kőzetréteg borította. A korai „magma-óceán” ezen gondolatát azóta az összes sziklás bolygón alkalmazzák. Mikrometeorit bombázás alapozta meg az alapkőzetet, és a napból származó gázokat beültették a holdporszemek felszínére. Míg a Holdon őrzik, ennek az ősi, közös történelemnek a nagy része elveszett geológiailag aktív Földünkön.

1969 novemberében az Apollo 12 megérintette az Oceanus Procellarumot (Viharok óceánja), a korábban leszállt Surveyor 3 űrhajó közelében. Ez a küldetés megmutatta, hogy pontosan tudunk leszállni a Holdra. Ez a képesség elengedhetetlen a felvidék és a zord területek jövőbeni területeihez való eljutáshoz. Pete Conrad és Alan Bean űrhajósok két holdjáróban fedezték fel a helyszínt. Több mint 75 font mintát gyűjtöttek össze és telepítettek egy nukleáris meghajtású kísérleti csomagot. A leszállóhelyről érkező lávák valamivel fiatalabbak, mint az Apollo 11-esek, de még mindig több mint 3,1 milliárd évesek. A hegyvidéki komponens itt különbözik az első leszállástól; szokatlan dúsulása van radioaktív és ritkaföldfém elemekben, ami arra utal, hogy a hold kérge oldalirányban változó és összetett. Bónuszként a legénység egy világos színű talajt is visszaküldött, amely valószínűleg egy „sugár” része volt, és kifelé hajolt a távoli Copernicus-kráter kialakulása során - a leszállástól 186 mérföldre északra. Az ebből a talajból származó üveg keltezése azt sugallja, hogy a Kopernikusz „csak” 900 millió éves, a Föld szerint ősi, de a Hold egyik legfiatalabb jellemzője.

Az Apollo 13-on lévő oxigéntartály robbanása megakadályozta a Holdra való leszállást. A háromfős legénység biztonságosan visszatért a Földre - egy emlékezetes saga követte világszerte. Az Apollo 14-et a Fra Mauro ősi kráter közelében, egy Apollo 12-től keletre fekvő felvidéki helyre küldték. Ezt a helyet úgy választották meg, hogy összegyűjtse a Hold mélyéről robbantott sziklákat az óriási Imbrium ütközési medence kialakulásával, egy 620 mérföld átmérőjű kráterrel, amely a leszállási helytől 3723 mérföldre északra található. Alan Shepard és Edgar Mitchell űrhajósok két holdjárást hajtottak végre a hold felszínén. Szerszámokkal töltött kocsit vontatva több mint 95 font sziklát és talajt juttattak vissza. A Fra Mauro-felvidékről származó minták brecciák (az ősi kőzetek összetett keverékei), amelyeket az Imbrium-medencét létrehozó óriási ütés megtört és összetört. Ezekből a mintákból a tudósok megtudták, hogy az Imbrium hatása több mint 3,8 milliárd évvel ezelőtt következett be, még mielőtt a sötét kanca lávák elöntötték volna a hold felszínét, de jóval a holdkéreg kialakulása után több mint 4,4 milliárd évvel ezelőtt. A harmadik leszállás után új kép alakult ki a hold evolúciójáról. A Hold nem egy egyszerű hideg meteoritcsomó volt, és nem is aktív vulkáni pokol volt, hanem egy bolygó test, amelynek saját bonyolult, finom története volt.

1971 júliusában az Apollo 15-vel a NASA megkezdte az első háromat, amit "J" missziónak neveztek - hosszú időtartamú tartózkodások a Holdon, nagyobb figyelem középpontjában a tudomány, mint az korábban lehetséges volt. Az Apollo 15, amelynek holdmodulja, a Sólyom három napot töltött a hold felszínén, volt az első küldetés, amikor egy holdjárót használtak - egy kis elektromos kocsit, amely lehetővé tette a legénység számára, hogy sok kilométerre utazhasson leszálló járművétől. Három holdjárón Dave Scott és Jim Irwin felfedezték a gyönyörű Hadley-Apennine leszállóhelyet - egy völgyet a hatalmas Imbrium-medence fő peremének tövében, amely magában foglalta a kancát és a felvidéki sziklákat is. A legénység visszaküldte a „Genesis sziklát”, amely szinte teljes egészében egyetlen ásványból (plagioklász földpát) állt, amely a Hold legősibb kéregkőzeteit képviseli. Találtak egy smaragdzöld üveg apró töredékeit is, amelyek akkor keletkeztek, amikor a mély palástból származó magma robbanásszerűen kitört a kéregben egy láva spray-ben. Mintát vettek a több mint 3,3 milliárd évvel ezelőtt kialakult óriási kanyon és ősi lávacsatorna, Hadley Rille szélén található kanca alapkőzetéből. Az Apollo 15 küldetés több mint 80 kilogramm mintát nyert, parancsnoki modulja pedig kémiai érzékelőket és kamerákat tartalmazott, amelyek a hold felszínének majdnem 20 százalékát feltérképezték a pályáról.

Az Apollo 16-ot 1972 áprilisában az ősi kráterbe, a Descartes-ba küldték, a Hold felvidékének mélyén, John Young és Charlie Duke űrhajósok három napot töltöttek a helyszín felfedezésével. 18 mérföld fölött utaztak, és több mint 206 font mintát gyűjtöttek. Telepítették és üzemeltették az első csillagászati távcsövet a Holdon. A hegyvidéki sziklák, szinte minden breccia, az űrből származó ismételt hatások hosszú és bonyolult történetét igazolják. Megtalálták az ókori kéregköveket is, amelyek hasonlóak az Apollo-i Genezis-sziklához 15. A legénység egyik rejtélyes megfigyelése egy nagyon erős mágneses mező mérése volt a felszínen. Annak ellenére, hogy a holdnak nincs globális mágneses tere, egyes holdmintáknak maradék mágnességük van, ami arra utal, hogy erős mezők jelenlétében hűlnek le. Bár még mindig nem értjük a hold mágnesességét, a Lunar Prospector 26 évvel későbbi repülésével az Apollo 16 eredménye kissé világosabbá válna.

Az eddigi utolsó holdi emberi küldetést, az Apollo 17-et 1972 decemberében küldték el a Mare Serenitatis (Derűtenger) szélére - egy másik kombinált kanca/felvidéki területre. Gene Cernan és Jack Schmitt (az első hivatásos geológus a Holdra küldve) három napot töltött a Taurus-Littrow-völgy alapos felfedezésével. Több mint 242 font mintát adtak vissza, és új felszíni kísérleteket telepítettek. Megdöbbentő és jelentős felfedezéseket tettek. A legénység 3,6 milliárd éves narancssárga vulkanikus hamut talált. A hegyekből a Serenitatis-medencét csaknem 3,9 milliárd évvel ezelőtt kialakító ütközés során keletkezett kéregkőzetek és összetett brecciák kerültek vissza. A lávák ezen a helyen több mint 3,6 milliárd évesek, ami legalább 700 millió éves láva áradást dokumentál a Holdon.

Az Apollo-küldetések forradalmasították a bolygótudományt. A korai naprendszer összeütközött a bolygókkal, az olvadt felületekkel és a robbanó vulkánokkal - ez egy összetett és erőszakos geológiai keverék. A 3,9 milliárd évvel ezelőtti „korai bombázás” fogalma ma már széles körben elfogadott az összes bolygón, de a tényleges bizonyíték a holdminták tanulmányozásából származik. A mikrometeoritok állandó esője előrli az összes levegőtlen bolygófelületet, bár ez a homokfúvó rendkívül lassú (a hold nagyjából 1 milliméter/millió év sebességgel erodálódik.) Míg Apollo csodálatos munkát végzett a holdtörténet felvázolásában, újabb meglepetések vártak arra, hogy leleplezni.

A robotok visszatérnek: Clementine és Lunar Prospector

Az 1990-es években két kis robotmissziót küldtek a Holdra. 1994-ben 71 napig a NASA és a Stratégiai Védelmi Kezdeményezés Szervezetének Clementine közös küldetése keringett a Hold körül, tesztelve az űralapú rakétavédelemhez kifejlesztett érzékelőket, valamint feltérképezve a hold színét és alakját. Clementine felől dokumentáltuk az óriási déli pólusú Aitken ütközési medencét, egy lyukat a Holdban 1, 616 mérföld át és át 8 mérföld mélyen. Ez a medence akkora, hogy a palástig feltárta az egész kérget. A Clementine színes adatai az Apollo mintaadatokkal kombinálva lehetővé teszik a regionális kompozíciók feltérképezését, létrehozva a Hold első igazi „sziklatérképét”. Végül Clementine felkeltett bennünket, hogy a Hold déli pólusa közelében állandóan sötét területeken évmilliók alatt lerakódott fagyott vizet üstökösök becsapódása okozhat.

Nem sokkal a Clementine után a Lunar Prospector űrhajó 1998 és 1999-es küldetése során feltérképezte a hold felszínét a pályáról. Ezek az adatok a Clementine adataival kombinálva globális kompozíciós térképeket adtak a tudósoknak, amelyek a Hold bonyolult kérgét mutatják be. A Lunar Prospector szintén először térképezte fel a felszíni mágneses mezőket. Az adatok azt mutatták, hogy az Apollo 16 Descartes felvidék a Hold egyik legerősebb mágneses területe, magyarázva John Young 1972-ben elvégzett felületi méréseit. A misszió mindkét pólusban megnövekedett mennyiségű hidrogént is talált, növelve ezzel az élénk vitát a örvendetes kilátás a holdjégre.

A hold köveket vet ránk: Hold-meteoritok

1982-ben megdöbbentő felfedezést tettünk. Az Antarktiszon talált meteorit, az ALHA 81005, a Holdról származik! A szikla egy összetett regolit breccia, hasonló az Apollo 16 misszió által 1972-ben visszatértekhez. Azóta több mint 50 meteoritot találtunk, amelyek egyedi kémiai összetételük alapján a Holdról származnak. Ezeket a sziklákat ütések robbantották le a hold felszínéről, majd a Föld elkapta és elsöpörte, ahogy az űrben mozog. A hold meteoritok az egész Hold véletlenszerű helyeiről származnak, és kiegészítő adatokat szolgáltatnak az Apollo-mintákhoz és a Clementine és a Lunar Prospector által kapott globális összetétel-térképekhez.

A holdkutatás jövője és jelentősége

Most arra készülünk, hogy az emberiség visszatérjen a Holdra. Az elkövetkező néhány évben legalább négy nemzetközi robotmisszió kering a Hold körül, és ezzel felülmúlhatatlan minőségű globális térképeket készítenek. A Holdon, különösen a titokzatos sarki területeken leszállunk, hogy feltérképezzük a felszínt, megvizsgáljuk az illékony lerakódásokat és jellemezzük az ottani szokatlan környezetet. Végül az emberek visszatérnek a Holdra. A hold visszatérésének célja ezúttal nem annak bizonyítása, hogy meg tudjuk csinálni (ahogy Apollo tette), hanem az, hogy megtanulják, hogyan kell használni a holdat egy új és egyre növekvő űrutazási képesség támogatására. A Holdon megtanuljuk azokat a készségeket és technológiákat, amelyek szükségesek ahhoz, hogy egy másik világban éljünk és dolgozzunk. Ezt a tudást és technológiát felhasználjuk a Naprendszer megnyitására az emberi felfedezés céljából.

A hold történelmének és folyamatainak története önmagában érdekes, de finoman is elmozdította a perspektívákat saját eredetünkről. Az 1980-as évek egyik legjelentősebb felfedezése az a 65 millió évvel ezelőtti mexikói óriási hatás volt, amely a dinoszauruszok kihalásához vezetett, lehetővé téve az emlősök későbbi növekedését. Ez a felfedezés (amely lehetővé tette a hipervelocitás hatásának árulkodó kémiai és fizikai jeleinek felismerését és értelmezését) közvetlenül az Apollo által stimulált becsapódási kőzetek és talajformák vizsgálatából származott. A tudósok ma úgy gondolják, hogy a hatások a Föld életének történetében sok, ha nem a legtöbb kihalási eseményért felelősek. A Hold megőrzi ezt a feljegyzést, és visszatérésünkkor részletesen elolvassuk.

A Holdra jutással továbbra is új betekintést nyerünk az univerzum működésébe és saját eredetünkbe. A holdkutatás forradalmasította a szilárd testek ütközésének megértését. Ezt a korábban furcsának és szokatlannak gondolt folyamatot ma a bolygó eredetének és evolúciójának alapvető elemének tekintik - ez egy váratlan kapcsolat. A Holdra való visszatéréssel arra számítunk, hogy még többet megtudhatunk múltunkról, és ami ugyanilyen fontos, bepillantást nyerhetünk a jövőnkbe.