Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA & Štefánikova hvězdárna v Praze Číslo 2 (vyšlo 13. ledna, ročník 10 (2012) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

02/2012

GRAIL, nový americký průzkum Měsíce

Petr Kulhánek

Na provizorní dráze kolem Měsíce obíhá od začátku roku dvojice nových amerických sond, jejichž hlavním úkolem je mapování gravitačních anomálií MěsíceMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl).. Projekt se nazývá GRAIL, což je zkratka z anglického Gravity Recovery and Interior Laboratory. Sondy startovaly z Cape Canaveral dne 10. září 2011 na palubě nosné rakety Delta IIDelta II – nosná raketa využívaná NASA. Raketu původně navrhla společnost McDonnell Douglas, která později fúzovala se společností Boeing. Dnes má mnoho variant s výškou 38 až 39 metrů, průměrem 2,44 metru a hmotností 150 až 230 tun. Raketa se používá od roku 1989 a vynesla více než 100 významných vědeckých družic a sond.. K Měsíci neletěly po nejkratší možné dráze, ale využívaly gravitační pole ZeměZemě – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. a MěsíceMěsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl)., a tím výrazně omezily spotřebu paliva. Standardně lze k Měsíci doletět za týden, ale dvojčatům GRAIL to trvalo přes 100 dnů. První ze sond (GRAIL A) byla navedena na oběžnou dráhu kolem Měsíce 31. prosince 2011 a o den později, 1. ledna 2012, druhá ze sond (GRAIL B). Obě dráhy jsou provizorní, přibližně polární eliptické dráhy. Doba oběhu je 11,5 hodiny a eliptická dráha se k Měsíci nejvíce přibližuje na 90 km, v nejvzdálenější části je 8 000 kilometrů od Měsíce. Vzhledem k tomu, že Měsíc nemá atmosféru, je možné dráhu postupně snižovat. Na začátku března, kdy začnou vědecká měření, by sondy měly obíhat na kruhové dráze pouhých 55 kilometrů nad povrchem Měsíce a mít oběžnou dobu kratší než 2 hodiny.

Logo mise GRAIL

Princip měření

Sondy navazují na obdobnou misi GRACEGRACE – Gravity Recovery and Climate Experiment. Dvojice družic NASA vypuštěných v roce 2002, které detailně měří gravitační pole Země. Družice byly vyvinuty Texaskou univerzitou za přispění německých odborníků., která mapuje od roku 2002 gravitační pole Země. Dvojčata GRAIL poletí za sebou ve vzdálenosti od 175 do 225 kilometrů. Sondy budou mezi sebou vysílat mikrovlnný svazek a pomocí něho velmi přesně měřit svou vzdálenost. Tato vzdálenost bude vykazovat jemné fluktuace podle aktuálního gravitačního pole deformovaného průletem nad kráterem, pohořím nebo podpovrchovým maskonem. Maskon je název pro hustší oblasti pod povrchem Měsíce (jde o zkratku z anglického Mass Concentration), které deformují gravitační pole Měsíce a jejichž původ není znám. Naměřené fluktuace vzdálenosti obou sond budou převedeny na mapu gravitačních anomálií Měsíce, která zvýší přesnost dosavadních map desetkrát na přivrácené straně a tisíckrát na odvrácené straně Měsíce. Využití těchto map bude dvojí. V první řadě se dozvíme detaily podpovrchového uspořádání Měsíce a z nich by mělo být možné určit, jak Měsíc vzniknul. Mapa gravitačních anomálií bude také využita při plánování drah budoucích měsíčních misí.

Princip měření vzdálenosti sond

Současná topografická mapa Měsíce. Na přivrácené straně (nalevo) jsou rozdíly
hloubek a výšek podstatně větší než na odvrácené straně Měsíce.

Detaily projektu

Obě sondy jsou identické, při startu měly hmotnost 300 kilogramů. Základními přístroji jsou mikrovlnný vysílač a přijímač, za pomoci nichž se bude měřit vzdálenost obou sond. Šéfkou vědecké části programu je profesionální geofyzička Maria Zuber z americké univerzity MIT. Vědecká měření by měla trvat tři měsíce (od března do května 2012). Celý projekt má také výukovou část, kterou řídí první americká astronautka Sally Ride. Na palubě sond jsou kamery MoonKAM, jejichž práci budou mít na starosti američtí středoškolští studenti. Budou vybírat zajímavé oblasti, jejichž snímky kamery pořídí. Získané fotografie budou studentům dostupné na internetu k dalšímu zpracování. Na přípravě mise se podílely: NASANASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších., JPLNASA JPL – Jet Propulsion Laboratory, oddělení NASA zabývající se konstrukcí raketových pohonů. NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, založen byl v roce 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších.,  MITMIT – Massachusetts Institute of Technology, prestižní americká univerzita v americkém Cambridge, skládající se z pěti škol a jedné koleje. Založena byla v roce 1861., Goddardovo letové středisko NASA (GSFC), Lockheed Martin  a společnost Sally Ride Science.

Z přípravy dvojčat GRAIL

Kamera MoonKAM pro studentskou část projektu

Ze startu mise GRAIL

Závěr

Od slavného projektu Apollo už uplynulo přes 40 roků. Poté následovala pauza trvající tři desítky let. Nyní zaznamenáváme oživení amerického zájmu o Měsíc. První vlaštovkou byly sondy LROLRO – Lunar Reconnaissance Orbiter, sonda NASA, která snímkuje Měsíc z oběžné dráhy. Start se konal 18. června 2009 a sondu LRO spolu se sondou LCROSS vynesla raketa ATLAS V. Hlavními úkoly LRO je mapování povrchu Měsíce s bezprecedentní přesností a hledání vhodného místa pro případnou stavbu lunární základny. a LCROSSLCROSS – Lunar Crater Observation and Sensing Satellite, sonda NASA, jejímž úkolem bylo hledání vody na Měsíci. LCROSS startovala spolu se sondou LRO dne 18. června 2009 na palubě nosné rakety ATLAS V. Sonda byla dne 9. října 2009 záměrně svržena do kráteru Cabeus, který se nachází v polární oblasti a do jehož nitra nikdy nedopadají sluneční paprsky. Spektrální analýza vyvržené látky skutečně přítomnost vody prokázala i přesto, že vyvrženého materiálu bylo méně, než se očekávalo., které snímkovaly Měsíc s bezprecedentní přesností (viz AB 31/2009 a AB 26/2010). Od nových sond GRAIL se očekává především odpověď na otázku zformování Měsíce. Některé kontroverzní hypotézy uvažují i o tom, že by Země v určité fázi vývoje mohla mít dokonce dva měsíce. Tyto hypotézy by mělo být možné buď vyvrátit nebo potvrdit. Odpověď na otázku vzniku Měsíce s sebou samozřejmě přináší i cestu k pochopení vzniku malých a velkých těles celé sluneční soustavy.

Odkazy

Fórum – diskuze k tomuto bulletinu