Fot. Kolaż fotografii Księżyca i okładki płyty „The Dark Side of the Moon” zespołu Pink Floyd. Wykreowane przez Microsoft Bing.
„Rzeczywiście, tak jak Księżyc, ludzie znają mnie tylko z jednej – jesiennej strony”
Elżbieta Adamiak „Jesienna zaduma”. Słowa: Jerzy Harasymowicz.
Z Ziemi widzimy zawsze tę samą stronę Księżyca. Druga strona, wbrew powszechnej opinii, wcale nie jest ciemna. Jest tak samo oświetlana przez Słońce jak ta bliższa Ziemi. Panuje też przekonanie, że Księżyc nie obraca się. To też nieprawda, obraca się, ale czas jego pełnego obrotu wokół osi jest równy okresowi obiegu wokół naszej planety. Niewielka odległość dzieląca Ziemię i Księżyc spowodowała, że siły pływowe zahamowały ruch obrotowy Księżyca. W czasie liczonym w miliardach lat, zwłaszcza w okresie, kiedy Księżyc był jeszcze aktywny wulkanicznie i magnetycznie, zjawisko blokowania pływowego Księżyca przez ziemskie pole grawitacyjne spowolniło ruch obrotowy Księżyca do stanu, w którym Księżyc wydaje się poruszać względem Ziemi na niewidocznej uwięzi.
Czy to oznacza, że widzimy dokładnie 50% powierzchni Księżyca, a 50% jest ukryte przed naszym wzrokiem? Nie. Księżyc krąży wokół Ziemi po orbicie eliptycznej, czyli przyspiesza w perigeum (najbliższym punkcie orbity) i zwalnia w apogeum (punkcie najdalszym). Oznacza to, że w perigeum prędkość orbitalna Księżyca jest nieco większa niż jego prędkość obrotowa. Zmiana prędkości w różnych punktach orbity oraz inne czynniki powodują tak zwaną librację. Z Ziemi Księżyc wydaje się lekko kołysać z północy na południe i lekko chybotać ze wschodu na zachód. W efekcie Księżyc odsłania około 18% powierzchni „ciemnej strony”, czyli w sumie możemy z powierzchni Ziemi zobaczyć około 59% całkowitej powierzchni naszego satelity. Dobre i to, ale w dalszym ciągu stosunkowo duży obszar powierzchni jest niedostępny naszym obserwacjom.
Historia badań ciemnej strony Księżyca
Nie widzieliśmy drugiej strony Księżyca aż do 7. października 1959 roku, kiedy to sonda Łuna 3 przekazała jej pierwsze, niewyraźne i mocno ziarniste zdjęcia. Zdjęcia po opracowaniu opublikowano w 1960 roku jako pierwszy atlas ciemnej strony Księżyca, zawierający około 500 odrębnych obiektów topograficznych. Sonda Zond 3 (też ZSRR), wykonała w 1965 roku tysiące zdjęć w dużo lepszej rozdzielczości, które posłużyły do wydania Kompletnej Mapy Księżyca w skali 1:5 000 000, zawierającej m.in. 4000 obiektów znajdujących się po ciemnej stronie.
Ciemna strona, dotychczas tylko fotografowana, została po raz pierwszy zobaczona „na własne oczy” przez astronautę Williama Andersa (misja Apollo 8) w grudniu 1968. Trzeba przyznać, że nie zrobiła ona na Andersie specjalnie wielkiego wrażenia (ach ci zblazowani Amerykanie). Astronauta opisuje to tak:
„Druga strona wygląda jak kupa piasku, w której moje dzieci bawiły się przez jakiś czas. Wszystko jest poobijane, nie do wiary, po prostu mnóstwo nierówności i dziur.”
Warto zapamiętać: just a lot of bumps and holes
Do dziś tylko 24 osoby dostąpiły zaszczytu obserwacji Ciemnej Strony. Byli to Amerykanie, z misji Apollo 8 i Apollo 10 do Apollo 17.
Ryc. 1. Model sondy Łuna 3, Muzeum Kosmonautyki w Moskwie. Źródło: Wikimedia Commons, autor: Armael
W ciągu kilkudziesięciu lat od lotu Łuny 3 znacznie powiększyliśmy wiedzę na temat tej odleglejszej strony Księżyca. Teleskop NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) okrąża Księżyc od 2009 roku, zbierając dane i tworząc dokładną mapę topograficzną.
Ryc. 2. Łazik Yutu-2.
Źródło: CNSA, licencja CC BY 4.0
W styczniu 2019 roku chiński łazik Yutu-2 jako pierwszy wylądował na niewidocznej stronie Księżyca, rozpoczynając pierwsze badania „organoleptyczne”.
Strony Księżyca nie są takie same
Jednym z odkryć Yutu-2 było to, że gleba na powierzchni Księżyca jest bardziej lepka po dalszej stronie niż bliższej. Wcześniejsze obserwacje i zdjęcia także pokazały znaczne różnice w ukształtowaniu powierzchni obu stron.
Różnicą widoczną na pierwszy rzut oka jest znacznie mniejsza powierzchnia tzw. „mórz” na ciemnej stronie (przyjmijmy tę terminologię, bo jest ładna i wygodna). Morza stanowią ok. 1% powierzchni ciemnej strony i aż 31% strony jasnej. Gwoli wyjaśnienia: morzami księżycowymi nazywamy bazaltowe pozostałości po wylewach lawy, powstałe 3,8-3,1 mld lat temu.
Wszyscy znamy „mapę” naszej strony Księżyca. Jest ona zróżnicowana, posiada obszary ciemne i jasne. Pierwotnie wyobrażano, że ciemne plamy to morza, a jasne to lądy, dlatego oficjalne nazwy tych ciemnych obszarów zawierają człon „Morze”. Teren (od ang. terrain, więc może lunen?) po drugiej stronie jest jednolicie nierówny, z mnóstwem kraterów uderzeniowych i niewielką liczbą płaskich i ciemnych „mórz”. Wygląd jest więc bardziej zbliżony do Merkurego czy Kalisto. Po ciemnej stronie znajduje się też jeden z największych kraterów w Układzie Słonecznym, basen Bieguna Południowego – Aitken.
Tajemnicza asymetria
Tak znaczne różnice zaintrygowały naukowców, których pierwszym „łupem” było zakwestionowanie teorii, że Księżyc, powstały wskutek uderzenia w proto-Ziemię planety wielkości Marsa, około 4,5 miliarda lat temu, szybko ostygł i stał się nieaktywny tektonicznie (oraz magnetycznie). Ostatnie badania dowiodły, że aktywność utrzymywała się jeszcze 1 mld lat temu.
Kluczem do rozwiązania zagadki może być skrót KREEP, oznaczający skałę bogatą w potas (K), pierwiastki ziem rzadkich (REE, czyli cer, dysproz, erb, europ i inne pierwiastki rzadkie) i fosfor (P) występującą w księżycowych „morzach”. Pierwiastki te charakteryzują się występowaniem niestabilnych izotopów, które rozpadając się wytwarzają wysoką temperaturę i mogą także wpływać na temperaturę topnienia skał. Dlatego aktywność wulkaniczna Księżyca po „jasnej” stronie mogła być bardziej intensywna i utrzymywać się znacznie dłużej niż po „ciemnej”. Badania próbek skał księżycowych wykazały także większą zawartość uranu (U) i toru (Th) po jasnej stronie Księżyca, niż po ciemnej. Tajemnicą pozostaje przyczyna powstania tej asymetrii.
Jedną z prób wytłumaczenia tego fenomenu asymetrii jest teoria, według której w początkowej fazie powstawania układu Ziemia-Księżyc gorąca Ziemia nagrzewała mocniej powierzchnię bliższej strony Księżyca. Mniejsza liczba kraterów uderzeniowych mogła być spowodowana przenikaniem meteoroidów przez bardziej miękką powierzchnię i uwalnianiem bazaltowej lawy, tworząc dzisiejsze „morza”. Po stronie „ciemnej” uderzenia były tylko powierzchniowe i zachowały się do dnia dzisiejszego.
Przyszłość
Jednym z poważnie rozważanych planów eksploatacji „ciemnej” strony Księżyca jest budowa dużego radioteleskopu, który byłby całkowicie osłonięty przed wpływem ziemskich zakłóceń elektromagnetycznych, których jest coraz więcej, są większej mocy i mają szerszy zakres częstotliwości. Jako alternatywę zainstalowania radioteleskopu na powierzchni Księżyca jest umieszczenie go w punkcie Lagrange’a L2, który znajduje się około 62 800 km nad niewidoczną stroną. Więcej o punktach Lagrange’a piszę w tekście Euclid, czyli kolejny teleskop w punkcie Lagrange’a.
Jeśli chodzi o eksploatację zasobów księżycowych, to największe emocje budzi hel-3 zwany kosmicznym pierwiastkiem. Izotop ten, mający duży potencjał do wykorzystania jako paliwo w reaktorach termojądrowych, jest stosunkowo rzadki na Ziemi. Księżycowe zasoby helu-3 są brane pod uwagę w planach budowy stałych baz księżycowych, jako element systemu zasilania. Przypuszcza się, że najwyższe stężenie helu-3 występuje w nielicznych „morzach” po ciemnej stronie, z racji wyższej ekspozycji na wiatr słoneczny.
Już w 2026 roku jest planowane umieszczenie na niewidocznej stronie Księżyca Lunar Surface Electromagnetics Experiment (LuSEE-Night), czyli zrobotyzowanego, automatycznego obserwatorium radioteleskopowego. Projekt jest opracowywany przez Departament Energii Stanów Zjednoczonych oraz NASA. LuSEE-Night jest przewidziany do obserwacji promieniowania tła pochodzącego z wczesnego okresu historii Wszechświata, wkrótce po Wielkim Wybuchu.
Inne wpisy w kategoriach: Astronomia, Kosmos
“Jeśli chodzi o eksploatację zasobów księżycowych, to największe emocje budzi hel-3” No właśnie, bardzo cenny izotop, tak cenny, że prawdopodobnie opłaci się sprowadzać go z Księżyca. A tymczasem tu, na Ziemi, a konkretnie w Fukushimie wylewa się do oceanu całkiem dobre jego źródło. Mam na myśli poreaktorową wodę, radioaktywną bo zawierającą tryt. Tenże zaś izotop o czasie połowicznego rozpadu 12,33 lat rozpada się właśnie na hel 3. Ot, wystarczy tę wodę przetrzymywać w szczelnych zbiornikach i odprowadzać z nich powoli wydzielający się ówże hel. Ale cóż – łatwiej do morza. 🙁
Tak, Andrzeju, masz rację, ale… no właśnie – jak na razie hel-3 jest tylko paliwem przyszłości. Zanim się uda dopracować technologię, ten z Fukushimy zdąży się rozpaść.