Družice Lunar Reconnaissance Orbiter provádí velmi přesné studium topografie Měsíce (zdroj NASA).

Rusko uskutečnilo několik úspěšných a několik neúspěšných pokusů o přistání automatů, které měly za úkol dopravit vzorky měsíčních hornin do pozemských laboratoří. Prvním neúspěšným byla Luna 15, která po selhání tvrdě dopadla na měsíční povrch v Moři krizí (Mare Crisium) 21. července 1969 v době, kdy probíhala mise Apolla 11. Prvním plně úspěšným pokusem byla Luna 16. Ta přistála dne 20. září 1970 v Moři Hojnosti (Mare Fecundítatis), návratové pouzdro se vzorky měsíčních hornin pak přistálo na Zemi 24. září 1970.

Místa přistání Luny 16, 20,23 a 24. Je krásně vidět, že Luny 16, 23 a 24 měly získat vzorky mořského regolitu z různých moří a Luna 20 pak regolit pevninský z oblasti mezi nimi (zdroj M. S. Robinson et al.)

Následující pokus Luny 18 byl neúspěšný. Tvrdě dopadla v horském terénu u hranic již zmíněného Moře hojnosti. Úspěšná byla následující sonda Luna 20, které se podařilo úspěšně přistát 21. února 1972 pár kilometrů od místa tvrdého dopadu Luny 18 v typicky pevninském terénu.

Další misí tohoto typu byla Luna 23, která také nebyla úspěšná. Dopadla sice 6. listopadu 1974 ne úplně tvrdě v Moři krizí, ale při dosednutí byla poškozena a nedokázal nabrat vzorek a poslat návratové pouzdro k Zemi. Přistávací modul pak sice ještě tři dny komunikoval se Zemí, ale svůj hlavní cíl tato sonda nesplnila. Její úkol naplnila až sonda Luna 24, která kousek od ní přistála dne 18. srpna 1976. Ta byla poslední měsíční sondou, kterou bývalý Sovětský svaz vypustil. Celkově tak měkce dosedly na povrchu Měsíce čtyři sondy Luna určené k odběru a odeslání vzorku, Luny 16, 20, 23 a 24. A tyto aparáty bylo možné z orbity okolo Měsíce hledat.

Sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO)

V červnu 2009 byla vypuštěna sonda Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), která byla umístěna na excentrickou polární dráhu vhodnou pro mapování. Pokrývá tak až 98,25 % měsíčního povrchu 3D mapováním s rozlišením až 100 m. Ovšem ve speciálních případech lze v situaci, kdy se na nějaké místo zaměří, dosáhnout kamerou LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera) rozlišení u snímků až půl metru. A přesně tyto se využily pro analýzu míst přistání výprav astronautů v rámci programu Apollo. Posléze se pak pořizovaly i pro hledání amerických a ruských automatických aparátů, které přistály na měsíčním povrchu, tedy i zmíněných sond Luna. V rámci tohoto projektu se pořídila celá řada nádherných snímků stop lidské činnosti na Měsíci a důkazů o jednotlivých misích.

Místo přistání Luny 16 (zdroj M. S. Robinson et al.).

Právě tyto snímky pak pomohly přesné identifikaci polohy sond Luna 16, 20, 23 a 24. Předpokládaná místa se snímkovala několikrát za různých světelných podmínek, aby se získala co nejpřesnější topografická představa. Nejistota místa jejich přistání byla daleko větší, než tomu bylo u přistání expedicí projektu Apollo, byla v řádu kilometrů. Bylo to dáno i tím, že některé z nich přistávaly i během měsíční noci. To pak zhoršovalo možnost zasadit odebrané vzorky do přesného geologického kontextu.

Místo přistání Luny 20 (zdroj M. S. Robinson et al.).

Vzorky regolitu získané při ruských automatických misích jsou sice malé, ale velmi cenné. Jsou totiž z velmi odlišných oblastí, než kde přistály mise Apollo. Luna 16 a Luna 24 dopravily vzorky ze dvou různých moří a Luna 20 z horského terénu mezi nimi. Doplňují tak informace získané právě ze vzorků z misí Apollo. Srovnáním a analýzou různých komponent regolitu z různých míst pokrytých Lunami 16, 20 a 24 s využitím jaderně analytických metod, se zabývali kolegové Jaroslav Frána a Antonín Maštalka v sedmdesátých a osmdesátých letech, a vydali o tom s dalšími kolegy řadu prací.

Podrobný rozbor a identifikace míst přistání právě na základě snímků sondy LRO je v práci M. S. Robinsona a kolegů z roku 2012. Analýza umožnila dramatické zpřesnění polohy sond. Kromě fotografií se autoři snažili využívat i geologickou analýzu místa ve srovnání s charakterem vzorku dopraveného moduly sond na Zemi. To bylo důležité hlavně u Luny 23 a 24, které jsou blízko sebe a bylo třeba je vzájemně odlišit.

Místa přistání Luny 23 a Luny 24 (zdroj M. S. Robinson et al.).

Vzorky z Luny 24, které se dostaly na Zemi, navíc moc neodpovídaly předpokládanému složení povrchu Moře krizí. Právě analýza snímků ve zmíněné práci ukázala, že Luna 24 přistála přímo na hřbetu, který tvořil okraj malého impaktního kráteru. To vysvětlilo anomálii ve složení odebraných vzorků. Jednalo se o materiál z větší hloubky vyvržený při tomto impaktu. Podařilo se tak vyřešit třicet let trvající záhadu. Navíc se podařilo identifikovat místo přistání Luny 23 a dovysvětlit její selhání. Tato analýza a získání potřebného geologického kontextu také významně zvýšilo výpovědní hodnotu publikovaných analýz vzorků hornin z těchto sond.

Místa přistání a jejich identifikace

Připomeňme si, že šířka přistávacího modulu Luny byla okolo 4,8 m. Celková výška okolo 2,2 m a výška bez návratové sekce pak 2,0 m. Vzhledem k tomu, že rozlišení snímků pořízených kamerou sondy LRO bylo okolo půl metru, je zobrazení přistávacího modulu sond složeno jen z několika světlých a temných skvrn. To ztěžuje identifikaci. Problém to je hlavně v případě Luny 23 a 24, kde je možná mylná identifikace konkrétní sondy.

Místo přistání Luny 23 (zdroj M. S. Robinson et al.).

Právě Luna 16 přistávala během měsíční noci a nebyly tak fotky z místa přistání s informacemi o morfologii okolního terénu. Upřesnění její polohy umožnilo přesné určení okolní topografie a přiřazením získaných vzorků regolitu ke spektroskopickým a geologickým měřením z oběžné dráhy.

U Luny 20 byl problém s určením přesného místa přistání v komplikovanější hornaté pevninské oblasti, ale ležící v blízkosti moře. I to zvyšuje důležitost jejího přesného umístění do terénu. Sonda leží ve sklonu okolo 10°. Vzorky z Luny 20 byly podobné těm z Apolla 16, které také přistálo v pevninském regionu.

Zvětšit obrázek

Místo přistání Luny 24 (zdroj M. S. Robinson et al.).

U Luny 23 selhal výškoměr ve výšce 400-600 m, výsledkem bylo předčasné vypnutí motorů a to, že rychlost sondy při přistání byla více než dvojnásobná oproti plánovaných 11 m/s. Luna 16 například přistávala s rychlostí okolo 2 m/s. Výsledkem bylo převrácení modulu a nemožnost odebrání vzorku a startu návratového pouzdra. Na fotografii se zdá, že vidíme světlo způsobené odrazem světla od návratového pouzdra nakloněného aparátu.

Luna 24 úspěšně přistála v mořské oblasti. Jak se ukázalo po přesné identifikaci místa jejího dosednutí, bylo to na okraji mladého malého impaktního kráteru o průměru okolo 65 m vzniklého pravděpodobně jako sekundární kráter vytvořený při zrodu kráteru Giordano Bruno.

Ukázky vybraných nejlepších fotografií přistávacích modulů jednotlivých Lun získaných pomocí družice Měsíce LRO (zdroj M. S. Robinson et al.).

Odebrané vzorky tak ve skutečnosti pocházejí z větší hloubky než materiál nezasaženého mořského povrchu v daném místě. To způsobilo nejasnosti v průběhu zkoumání vzorků získaných touto sondou.

Zpochybnění identifikace Luny 23 a Luny 24

Rok po zmíněné práci Robinsona s kolegy vyšla analýza, která jejich identifikaci míst přistání Luny 23 a Luny 24 zpochybňovala. Jurij Škuratov s kolegy se snažil fotometrickou analýzou okolí předpokládaných modulů dokázat, že Robinson zaměnil místa přistání Luny 23 a Luny 24. V tom případě by jasná skvrna u Robinsonem předpokládané Luny 23 nebyla návratovou částí, ale odleskem něčeho jiného z Luny 24. Právě naopak by řada světlých bodů u Robinsonovy Luny 24 byla známkou prudkého dopadu Luny 23. Jak bylo zmíněno, identifikace byla založena hlavně na fotometrické analýze okolního prostoru a na tom, že u tří míst přistání byly známky vlivu činnosti přistávacích motorů na místo dopadu. Jediné, kde tyto známky nebyly, byla právě Robinsonova Luna 24. Pak by to však mohla být spíše Luna 23, u které se přistávací motory vypnuly dříve a v místě dopadu by tak známky jejich činnosti nemusely být.

Simulace optického vzhledu přistávacího modulu v různých situacích umožňuje potvrdit identifikaci: a) Model převráceného modulu i s návratovou částí, b) Model sondy i s návratovou částí po úspěšném přistání, c) Model po úspěšném startu návratové části, d) Luna 23 focená pomocí LRO, e) Stejný obrázek s vyznačením směru osvětlení a délkovou mírou, f) Model převrácené sondy za stejných světelných podmínek, g) Luna 24 vyfotografovaná sondou LRO, h) Stejný snímek s vyznačeným směrem osvětlení a kroužkem označujícím horní průřez přistávacího modulu sondy, i) Model zobrazený při stejném osvětlení, jako je na předchozím snímku. (zdroj V. P. Dolgopolov et al).

Je však třeba zmínit, že v případě správnosti hypotézy Jurije Škuratova, se vrací otázka, proč vzorky z Luny 24 neodpovídají danému místu. V tomto případě by totiž nebyla na okraji nového impaktového kráteru. I to byl důvod, proč V. P. Dolgopolov spolu s M. S. Robinsonem a dalšími třemi kolegy provedli podrobnou analýzu hry světel s využitím modelů přistávacích modulů sond Luna. Jejich detailní rozbor ukazuje, že původní interpretace M. S. Robinsona je s největší pravděpodobností správná. Opravdu je tak Luna 23 vidět převrácená na bok.

Závěr

Je vidět, že nový výzkum Měsíce sondami s moderními kvalitními kamerami umožňuje studovat stopy výzkumu Měsíce v minulém století a daří se řešit i jeho historické záhady. Nová data umožňují zhodnotit i dřívější analýzu vzorků získaných lidmi i automaty. Daří se je totiž lépe zasadit do kontextu a souvislostí.

Zároveň se můžeme těšit na to, že již brzy budeme mít v ruce vzorky z dalších míst. Bude je tak možné porovnávat. Čínská sonda Čchenk-e 5, o níž jsme nedávno psali, byla úspěšně navedena na dráhu okolo Měsíce. Korekčními zážehy se dostala na správnou dráhu a 29. listopadu došlo k oddělení přistávacího modulu od částí, které zůstávají na orbitální dráze okolo Měsíce. V úterý 1. prosince 2020 v 16:13 by měl její přistávací modul přistát na povrchu našeho souputníka. Pak by se měl realizovat odběr vzorků a 3. prosince by v 16:10 SEČ měla vzletová část startovat z měsíčního povrchu. Dne 5. prosince by mělo dojít ke spojení se dvěma moduly, které zůstaly na orbitě okolo Měsíce. Pouzdro s měsíčními vzorky se předá ze vzletového do návratového modulu a ten se později oddělí od servisního a vydá se na zpáteční cestu k Zemi.

Stále podrobnější zkoumání Měsíce a budoucí nové výpravy automatů a lidí na jeho orbitu i povrch nakonec v budoucnu rozhodnou s konečnou platností, která ze sond odpočívajících v Moři krizí je Luna 24 a která Lunou 23. A možná se někdy v ještě vzdálenější budoucnosti tyto Luny objeví v aukcích historických artefaktů. Půjde o velmi cenné položky, protože takových, je málo. A nejcennější bude asi právě Luna 23, protože bude mít tu návratovou část, což u těch ostatních neplatí.

Napsáno pro OSEL a Kosmonautix

Literatura:

M. S. Robinson et al: Soviet lunar sample return missions: Landing site identification and geologic context, Planetary and Space Science 69(2012)76

Yuriy Shkuratov et al: Lunar surface traces of engine jets of Soviet sample return probes: The enigma of the Luna-23 and Luna-24 landing sites, Planetary and Space Science 75(2013)28

V.P. Dolgopolov et al: Where did the Luna 23 and 24 spacecraft land?: Comparing the spacecraft seen in LROC NAC images with synthetic images, Planetary and Space Science 81(2013)82

A. Cimbálniková, M. Palivcová, J. Frána a A. Maštalka: Chemical Composition of Crystaline Rock Fragments From Luna 16 and Luna 20 Fines, NTRS February 1977 (NASA, Washington Soviet-Am. Conf. On Cosmochem. Of the Moon and Planets, pt 1, p. 263