Zvětšit obrázek

Sonda Kaguya a její dva minisatelity. Snímek ze stránky Japan Aerospace Exploration Agency JAXA

V polovině letošního února jsme na našich stránkách v článku Dve tváre Mesiaca psali o japonské sondě SELENE (grécky výraz pro Měsíc, nebo bohyni Měsíce – Seléné, co je akronym pro SELenological and ENgeneering Explorer), kterou Japonci pojmenovali podle pohádkové princezny z Měsíce Kaguya. Na svou lunární misii se vypravila 14. září 2007. Měsíc obíhala po polární dráze v průměrné výšce kolem 100 km. V letošním únoru byla navedena na nižší oběžnou dráhu ve výšce s průměrem 50 km a pak postupně se její vzdálenost snižovala, až 10. června ukončila svou činnost pádem na přivrácenou stranu Měsíce, do jihovýchodní oblasti nedaleko jižního pólu. 

Zvětšit obrázek

Topografie místa dopadu – mapa je taky výsledkem měření laserového výškoměru Kaguyi.
(c) JAXA/SELENE (image processing : NAOJ).

Přivrácená strana a odvrácená strana nejsou stejné

V průběhu doposud nejpodrobnějšího mapování gravitačních anomálií (rozdílů mezi průměrnou a změřenou hodnotou gravitačního zrychlení) na obou stranách Měsíce vyslala Kaguya ze své lunární oběžné dráhy vskutku unikátní informace. V datech se objevili takzvané „maskony“ („mascons“- mass concentrations)  - místa se zvýšenou koncentrací těžkých hmot. Vyskytují se jenom na přivrácené straně Měsíce, v oblastech moří. Jsou to obrovské impaktní bazény z rané lunární minulosti vyplněné pradávno vychladlou lávou, která se po dopadu z hloubky prodrala na povrch. 

Právě to předpokládá i teoretický scénář vzniku maskonů: dopad velkého tělesa nataví a naruší vrstvu již ztuhlé kůry a těžší láva z hloubek se vylije na povrch. Jako Země, i Měsíc přešel žhavou fází vývoje, kdy došlo ke gravitační diferenciaci hmoty. Proto i láva, vystupující z hlubin tělesa je hmotnější, než její nadložní vrstvy do kterých proniká, případně nad které se vylévá, když si prorazí cestu vzhůru. Nad takovým místem pak citlivé gravimetry sondy naměří kladnou gravitační anomálii. Přesněji – vyšší hodnotu gravitačního zrychlení.

Zvětšit obrázek

Měsíční gravitační anomálie – na levé straně je přivrácená strana s „maskonami“ na dně asi 4 miliardy let starých velkých kráterů, jejichž dna se po dopadu zaplnila bazaltovou lávou. Na odvrácené straně Měsíce jsou dna kráterů gravitačně negativní, bez maskonů. (c) JAXA/SELENE (image processing : NAOJ) .

Na odvrácené straně Měsíce gravitačně pozitivní maskony nejsou. I moří je zde méně. Naopak, pro tuto, ze Země neviditelnou téměř polovinu Měsíce jsou charakteristické negativní gravitační anomálie na dnech kruhových kráterů a bazénů. Vědci tento rozdíl vysvětlují odlišnou teplotou ve vnitřku lunárního tělesa v době jeho kosmického dětství. Na odvrácené straně byly hlubší vrstvy chladnější a proto i pevnější. I když sem dopadlo velké impaktní těleso, nedocházelo k erupcím žhavé těžké lávy.

Z gravitačních měření, jež Kaguya provedla, se tedy usuzuje, že před asi 4 miliardami let, kdy v poslední fázi takzvaného „velkého bombardování“ vznikaly nejimpozantnější impaktní topografické struktury – bazény, moře a mnoho kráterů – byl Měsíc v hloubkách pod povrchem mnohem teplejší na přivrácené, než odvrácené straně. To ovlivnilo i rychlost tuhnutí a chladnutí povrchové vrstvy (kůry).  Na přivrácené straně chladla několik sto milionů let po akreci Měsíce, na odvrácené chladnutí a tuhnutí proběhlo podstatně rychleji.

Nejpřesnější mapa lunárního povrchu

I v měření topografie měsíčního povrchu je Kaguya číslem jedna: 6 miliónů 770 tisíc bodů zaměřených laserovým výškoměrem. Mapa sestrojena na jejich základě je víc než 25 krát podrobnější než ta dosavadní a navíc poskytuje obraz o povrchu předtím nezmapovaných polárních oblastí. Nejvyšší bod na Měsíci se nachází na jeho odvrácené straně, na vyvýšeném prstenci „pohoří“, které obklopuje okraj jednoho z kráterů. Má výšku 10 750 metrů. V podstatě se také dá říct, že „nadmořské výšky“, protože jak u Země, tak i u Měsíce se základní nulová výška určuje stejně – jako ekvipotenciální plocha, jež odpovídá hladině vody, která by se vytvořila na povrchu teoretického tělesa se stejným rozložením gravitačního pole, jako má Měsíc. Od téhle úrovně se počítá i nejhlubší místo na lunárním povrchu. Na něj také ze Země nedohlédneme, protože se nachází na odvrácené straně, v oblasti jižního pólu, v bazénu Aitken, v hloubce 9 060 metrů. Maximální převýšení, tedy rozdíl mezi nejhlubším a nejvyšším bodem povrchu tak na Měsíci činí téměř 20 kilometrů, přesně: 19 810 metrů.

Kaguya jako první sonda zmapovala oblasti pólů a to s velkou přesností. Vzdálenost mezi změřenými body byla zde menší než 2 km (jinde to bylo 5 až 6 km). Výsledky tedy zachycují i malé krátery. I krátery v kráterech.

Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek
Prozatím nejpodrobnější topografická mapa Měsíce. Kroužky označují dva výškové extrémy – nejvýše a nejníže položená místa. Obě se nacházejí na odvrácené straně a převýšení mezi nimi je téměř 20 km. (c) JAXA/SELENE (image processing : NAOJ)	Unikátní topografické mapy měsíčních polárních oblastí. (c) JAXA/SELENE (image processing : NAOJ)

Zvětšit obrázek

Povrch některých oblastí dokazuje, že ještě před 2,5 miliardou let docházelo k výronům lávy na povrch Měsíce. Oblast nedaleko Moskevského moře.
(c) JAXA/SELENE (image processing : NAOJ)

 

Dramatické lunární mládí bylo delší

Věk lávových oblastí se odhaduje z hustoty, charakteru a vzájemné superpozice kráterů na jejich povrchu. Kamery Kaguyi byly schopny zaregistrovat krátery s průměrem 200 – 300 metrů. Starší povrch je jimi „poďobaný“ víc. Donedávna jsme byli přesvědčeni, že vulkanická aktivita na odvrácené straně, jež byla u mladého Měsíce chladnější, pohasla někdy před 3 miliardami let. Japonská sonda však odhalila vulkanické erupce ještě o půl miliardy let mladší.

Věčná temnota existuje, ale ne neustálé výsluní

Rotační osa Země je vůči rovině, ve které naše planeta obíhá Slunce, tedy vůči rovině ekliptiky skloněna pod úhlem 23,4 º. To nám zajišťuje střídání ročních období i temné polární noci v oblastech pólů. Lunární rotační osa je však vůči ekliptice skloněna jenom o 1,5 º. Proto panovala představa, že na vrcholech polárních pohoří může být stále slunečno a v kráterech pod nimi věčné přítmí. Je to pravda jen z poloviny. Na severním pólu je maximální ozáření 89 procent, na jižním pak jenom 86. Ani na Měsíci není místo věčného výsluní...

Zvětšit obrázek

Místo extrémně mrazivé a věčně temné - kráter Shackleton

Zato místa věčně temná a extrémně chladná zde jsou. Patří mezi ně i kráter Shackleton na jižním pólu. Snímky amerických sond Clementine a Lunar Prospector vzbudili podezření, že by se v takovém lunárním tmavém mrazáku mohl nacházet vodní led.
Kamerový systém Kaguyi  poskytl tak přesný pohled do kráteru Shackleton, že vědci byli schopni stanovit teplotu v jeho 4,2 kilometrové hloubce na méně než 90 K (-183°C)! I když v prostředí vakua se vodní led vypařuje (sublimuje) mnohem rychleji než při tlaku atmosféry, při teplotě, vlastně chladu 90 K to nedokáže ani za miliardy let. Navzdory tomu detailní snímky z dna kráteru neodhalily žádný světlejší, ledu se podobající povrch. To samozřejmě neznamená, že led nemůže být v regolitu (ve zvětralé, rozpadlé horninové suti na dně kráteru) ve formě permafrostu.

Zvětšit obrázek

Dna moří na přivrácené straně – povrchová vrstva ztuhlé bazaltové lávy pohřbila původní terén – vrstvu regolitu na bazaltovém podkladu.
(c) JAXA/SELENE (image processing: NAOJ)

Radiové vlny pronikají pod povrch

Sonda Kaguya dokázala dohlédnout i pod povrch přirozeného satelitu Země. Umožnila to sondáž pomocí vysílače radiových vln. Pro ně jsou horniny částečně průsvitné, takže část vlnění se odráží od povrchu a část proniká hlouběji. Tam, kde se mění fyzikální vlastnosti prostředí jsou další reflexní rozhraní.  Do přijímače pak přicházejí odezvy různých odrazů radiových vln, které sebou nesou i informaci o některých vlastnostech hornin, kterými prošly. Tak umožňují nepřímý výzkum různých podpovrchových struktur. Analýzy echa vln odrazených od povrchových a podpovrchových struktur odhalily v oblastech měsíčních moří na přivrácené lunární straně existenci dvou rozhraní. Vrchní vrstvu do hloubky 500 metrů tvoří bazaltová láva, jež se po dopadu velkých těles v době velkého bombardování vylévala z hloubek na původní povrch. Ten tvořila vrstva regolitu – horniny rozpadlé na úlomky a písek. Tato původně svrchní vrstva je teď v mořích pochovaná pod ztuhlým bazaltem. Pod ní, v hloubce 800 metrů, je další rozhraní. Zde přechází regolit v již nezvětralý podložní bazalt. Rozhraní vrstev jsou navzájem rovnoběžná a kopírují tvar terénu i v oblastech vyvýšenin. Z toho vědci usuzují, že zvrásnění lunárního povrchu před 2,8 miliardami let má na svědomí rychlé chladnutí a scvrkávaní celého tělesa a s tím spojené tektonické procesy.

Zvětšit obrázek

Měsíční anortozit – 14 cm velký a 1,8 kg těžký vzorek horniny, který na Zem přivezla posádka Appola 16.
Kredit: NASA/Johnson Space Center photograph S72-42187

Odražené sluneční světlo detekuje horniny

Vícepásmová kamera Kaguyi snímala sluneční světlo odražené od měsíčního povrchu a umožňovala tak studovat z jakých hornin se skládá. Tak se podařilo objevit, že vyvýšenina v centru jednoho z kráterů na odvrácené straně je z anortozitu. Tuto hlubinnou vyvřelou horninu ze skupiny gabra tvoří zejména plagioklasy – bazické živce, jež jsou po chemické stránce alumosilikáty s proměnlivým obsahem sodíku a vápníku, takže tvoří plynulou řadu od albitu NaAlSi₃O₈ po anortit CaAl₂Si₂O₈. Anortozit je možné z dálky oběžné dráhy odhalit díky jeho světlejší, s okolním tmavě šedým bazaltem kontrastující barvě. Jeho výskyt ve vyvýšených centrech kráterů je důkazem dávné existence diferencovaného magmatu pod kůrou Měsíce v jeho raní geologické minulosti. Kaguya je první měsíční sondou, které se podařilo najít typ anortozitu se stejným spektrálním profilem, jako je vzorek horniny přivezen na Zemi posádkou Appola 16.

Snímky pomohly upřesnit, nebo opravit naše dosavadní představy o horninovém složení různých míst na povrchu Měsíce. Se skladbou hornin souvisejí i slabé magnetické anomálie, které se Kaguyi podařilo detekovat zejména v oblasti jižního pólu na odvrácené lunární straně.

Východ Země z Měsíce s exoticky znějící japonštinou.

Doporučujeme:

Stránka YouTube – JAXA Channel poskytuje přes sto zajímavých videí. Pravděpodobně však povětšinou v japonštině.

Zdroj:  stránky Japan Aerospace Exploration Agency JAXA