ISTRAŽIVANJE SVEMIRA

Dragan Lazarević

Posle programa “Apolo”

Naučna saznanja o Mesecu

Najveći poduhvat koji su ljudi izveli u kosmosu je i sada, posle pola veka od prvog spuštanja na Mesec, neprevaziđeni program „Apolo“: obavljena su dva obletanja Meseca i šest spuštanja na njegovu površinu. Dvanaest astronauta je skakutalo po površini Zemlji najbližeg suseda u vasioni, a samo jedna misija je prekinuta zbog tehničke havarije („apolo 13“).

Danas su istoričari novije političke istorije i astonautike saglasni da je glavni motiv državnog vrha SAD, sa predsednikom Džonom Kenedijem, 1961 - da započne program „Apolo“ sa ciljem da se, do kraja šezdesetih godina prošlog veka, američki astronauti spuste na Mesec i bezbedno vrate na Zemlju - bio prevashodno politički i prestižni. Posle spektakularnog pionirskog prodora u kosmos od strane SSSR-a - sa nizom poduhvata kao što su: lansiranje prvog Zemljinog veštačkog satelita, prvog živog bića, psa Lajke, prvog pogađanja Meseca 1959. sondom „lunjik 2“, snimanja druge strane Meseca sondom „lunjik 3“, prvim letom oko Zemlje kosmonauta Gagarina 1961- vodeća svetska sila, Amerika je morala da dokaže svoju tehničko-tehnološku superiornost. Izgradila je najmoćniju raketu nosač na svetu „saturn 5“ i kosmičku letelicu „apolo“ koja je dostigla Mesec i dokazala da ima ljude koje može da kvalitetnom obukom osposobi za takav poduhvat.
Na program „Saturn-Apolo“ potrošeno je oko 24 tadašnjih milijardi dolara do 1969, što bi odgovaralo sumi od oko 150 milijardi dolara danas. To je bila cena da se stvara istorija, da prvi ljudi na Mesecu budu američki astronauti, da njihovi tragovi na Mesečevoj prašini ostanu možda milione godina, da je u nju prvo zabodena zastava SAD.
Ali, kad su već posetili Mesec sa prevashodno političkim ciljem, astronauti NASA su dobili i vrlo razrađene i obimne naučno- istraživačke zadatke, koje su uspešno obavili. Saznanja o Mesecu koja su dobijena na osnovu misije „Apolo“ bila su gotovo iznenađujuća i predstavljala su osnovu za jednu sasvim novu predstavu o nama najbližem nebeskom telu.

Tajna kamenja i prašine

Najveći rezultat šest uspešnih misije „Apolo“ na Mesečevu površinu je dopremanje uzoraka Mesečevog tla (ukupne mase oko 382 kg) na Zemlju.
Posle prve misije na Mesec „apola 11“, timovi 142 vodeća naučnika SAD (geologa, minerologa...) sa više hiljada saradnika i timova geologa u Kanadi, Australiji, Britaniji, Nemačkoj, Italiji, Švajcarskoj...) podelili su donešenih 21,5 kg Mesečevog tla iz Mora tišine i započeli analize uzoraka.
Već prvi pregled uzoraka Mesečeve prašine ukazao je da su potpuno različiti od svega šta se može naći na Zemlji, pre svega zahvaljujući u njima prisutnim sićušnim staklenim lopticama, tzv. sferulama veličine od nekoliko mikrona do 0,5 mm. Svi naučni timovi  su bili saglasni da su nastale udarima meteorita o Mesečevu površinu, pri čemu je, usled visoke temperature, došlo do isparavanja i razletanja materije oba tela, potom kondenzacije i fomiranja kapljica loptastog oblika i, konačno, njihovog očvršćavanja u vakuumu tokom leta a pre pada na površinu. Analizom donesenog kamenja Mesečevog bazalta ustanovljena je neobično visoka koncentracija titanijum-oksida, kakva ne postoji na Zemlji. Odsustvo lako isparljivih elemenata je ukazivalo na veoma visku temperaturu pri nastanku Meseca tako da je i nobelovac dr Harold Juri priznao da je njegova teorija o sporom i hladnom  formiranju Meseca iz oblaka prašine oko Zemlje najverovatnije netačna.

Mesečeva površina je prekrivena prašinom, tzv. Mesečevim regolitom, debljine od nekoliko do više desetina santimetara. Sadrži u sebi staklene sferule, ali i zrnca nepravilnog oblika nastala usitnjavanjem stenja. Obe forme su nastale udarima meteorita, pri čemu su nepravilna zrna nastala od odbačenih stena dalje od mesta udara i nisu bile rastopljena. Na osnovu uzoraka koji su doneseni misijama „Apolo“, Mesečeve stene su svrstane u nekoliko oblika:

1. Anortizit je osnovni oblik stenja Mesečevih visija. Manje je gustine i sadrži visoku koncentraciju minerala plagioklasa - CaAl2sSi2O8.
2. Mesečev bazalt prekriva nizije, tzv. Mesečeva mora koja prekrivaju oko 40 % strane okrenuta Zemlji i svega nekoliko procenta suprotne strane. Od zemaljskog bazalta razlikuje se znatno većom koncentracijom S, Ti, Mg a donekle i Fe i Ca - a znatno manjom Na, K, Zn itd. Posebna kategorija bazalta je kreep bazalt koji sadrži visoku koncentraciju kalijuma, elemenata retkih zemalja (Rare Earth Elements) i fosfora.
3. Breče (breccias) su stene zrnastog sastava, nastale od mesečeve prašine naknadno slepljene usled pritiska u tlu udarima meteorita a sadrže i sferule mesečevog stakla. Postoje stene koje u sebi sadrže zrna starijih i izrazitije sitnozrnastih breča.
4. Loptice zelenog  stakla donesene „apolom 15“ verovatno su nastale velikim vulkanskim erupcijama, pravim gejzirima magme koja je ispunjavala Mesečeva mora.
U mesečevoj prašini se mogu naći zrnca nastala od svih vrsta stena  (anortozit, bazalt, breče, mesečevo staklo) koje su udari meteorita usitnjavali i razbacali stotinama km daleko.

Naizgled protivrečna slagalica

Ispitivanje, u nekoliko stotina geoloških laboratorija, hemijskog sastava mesečevih stena, i pored velikih razlika stena mesečevih visija i mesečevih mora, ukazuje na gotovo potpuno osustvo vode i znatan manjak azota i ugljenika, i lako isparljivih elemenata cinka, kadmijuma, kalaja i pratećih elemenata gvožđa (Co, Ni, Mn). U poređenju sa zemaljskim stenama, u mesečevim stenama je znatno manje natrijuma i kalijuma a nešto manje silicijuma i kiseonika.
Titanijuma ima više u stenama mesečevih mora, kao i gvožđa dok su u sastavu tla mesečevih visija gotovo jednako zastupljeni kao i na Zemlji.
U mesečevim stenama je koncentracija kalcijuma više nego dvostruko veća nego u zemaljskim stenama. Silicijum je gotovo istim procentom (oko 21-22%) zastupljen u stenama mesečevih nizija i visija, a donekle i kiseonik (42-45%) dok kod ostalih elemenata postoje znatne razlike u zastupljenosti, u zavisnosti od navedenih oblasti. Kiseonik je najzastupljeniji u mesečevom tlu pa silicijum, a potom slede gvožđe, kalcijum, aluminijum i magnezijum.
Ispitivanje odnosa zastupljenosti težih izotopa kiseonika 17 i 18, prema osnovnom 16, ukazalo je da je taj odnos gotovo isti kao na Zemlji, a prilično se razlikuje od odnosa ovih izotopa u meteoritima (iz asteroidnog pojasa poreklom sa Veste i tzv.CAl hondrita) kao i u marsovom tlu (ustanovljeno kasnije hemijskom analizom tokom misija sondi-lendera „viking“ 1 i 2). Ovu naizgled protivrečnu slagalicu trebalo je složiti; posle prvih ispitivanja, okvirni zaključak je bio da je Mesec nastao iz istog oblaka prašine kao i Zemlja i da je u početku bio vrlo usijan, što je dovelo do bekstva lako isparljivih elemenata.
Starost najstarijih mesečevih stena je procenjena na 4,4 milijarde godina, što je bio početak hlađenja okeana magme koji ga je okružavao. Neobično je bilo otkriće magnetizma u nekim stenama iako je najveći deo stena amagnetičan, kao i sadašnji Mesec u celini.  Možda je u prošlosti, Mesec imao magnetno polje?

Izazivanje potresa na Mesecu

Među instrumentima koji su ostavljeni na Mesečevoj površini su bili i mereči potresa - seizmometri. Prvi seizmometar koji je ostavio „apolo 11“ registrovao je podrhtavanje tla koje je moglo da nastane zbog naglih promena u temperaturi tla dolaskom dana ili noći - a jedan potres je ličio na udar meteorita. „Apolo 12“ je ostavio seizmometar, snabdevan strujom iz nuklearnog RTG izvora.
Uzletni deo lunarnog modula je, posle obavljenog spajanja sa komandnim modulom i prelaskom posade u njega, odvojen i telekomandom sa Zemlje, pokretanjem raketnog motora, usmeren da padne u predviđeni region. Udario je brzinom od 1,65 km/s. Potres je bio vrlo snažan. Na iznenađenje naučnika, mesečeva kora je vibrirala još 55 min. posle udara. Figurativno rečeno, odzvanjala je kao zvono. U svim kasnijim misijama, „Apolo 14-17“, uzletni delovi lunarnih modula, mase oko 2,3 t, obrušavani su na mesečevu površinu u cilju izazivanja potresa. Znatno jači potresi su izazivani udarom praznog trećeg stepena rakete „saturn 5“ SIVB (koji je odbačen pošto je ubrzao „apolo“ do 11,2 km/s) o površinu Meseca u misijama „Apolo 13-17“.
Brzina udara je bila oko 2,7 km/s a masa stepena SIVB oko 11 t.
Seizmometri ostavljeni u prethodnim misijama su registrovali udarne talasa, njihovo prostiranje i brzinu kroz mesečevu unutrašnjost. Na osnovu vremena potrebnog da stignu do pojedinih seizmometara, proračunata je brzina prostiranja seizmičkih talasa. Ona se postupno povećavala da bi, na dubini 30 km bila oko 6,5 km/s, a na dubini od 60 km dostigla je 8 km/s i nastavila da raste do 9 km/s. Na osnovu toga su procenjeni sastavi mesečeve kore i čvrstog omotača.
Registrovani su i prirodni potresi koji nastaju na dubini 740-1100 km. Dublje je astenosfera, rastopljeno mesečevo jezgro. Čvrsto gvozdeno jezgro, kakvo imaju Zemlja i ostale kameno-gvozdene planete, nije registrovano.
Mesecotresi manje snage su izazivani i napravama nalik na minobacače, koji su ostavljeni na površini u misijama „Apola 14 i 16“. Posle odlaska astronauta, daljinski su aktivirani i ispaljivani su na po tri mine.

 Ispitivanja sa orbite

U misijama „Apolo 15 i 17“, servisni modul je imao poseban odsek za naučne instrumente, tzv. SIM. To su bili laserski altimetar, gama i X spektrometri, kojima su vršene analize hemijskog sastava površine, alfa-čestični i mas-spektrometar kao i panoramska i mapirajuća kamera. One su mogle da daju 3D sliku mesečeve površine. Ali, zbog kratkog trajanja misije od oko 3 dana, malog nagiba putanje CSM Apola i spore rotacije Meseca, snimljen je samo manji deo površine.}
„Apolo 15 i 16“ su izbacili u orbitu oko Meseca mali subsatelit mase 36 kg koji je, slanjem signala posle odlaska „apolo“ broda, vršio precizna merenja sa ciljem da se ustanovi gravitacioni centar Meseca koji se ne poklapa sa geometrijskim. SM „apolo 17“ je nosio antenu radara, koja je mogla da snima do 1,2 km ispod površine Meseca. Astronaut koji je ostajao u komandom modulu je bio veoma zaposlen kontrolom rada svih tih instrumenata. Po prelasku na putanju ka Zemlji, on je obavljao svoju svemirsku šetnju, izlaskom iz komandnog modula; držeći se za odgovarajuće ispuste, odvukao bi se do SIM modula i skinuo kasetu sa magnetoskopskim trakama sa zapisom rada svih instrumenata i doneo je u kapsulu broda.

Rekostrukcija burne prošlosti Meseca

Na osnovu svih saznanja o Mesecu, zaključeno je da je bio u rastopljenom stanju i da je njegova površina bila okean lave. Pre oko 4,4 milijarde godina, gornji slojevi lave manje gustine hladili su se i nastajala je kora od anortozita koja je dostizala debljinu od oko 60 km. Ispod nje je ostao omotač od rastopljenog mesečevog bazalta, u kojem su gušći minerali (olivin i piroksen) tonuli a lakši (feldspar) se dizali ka kori.
Udari manjih asteroida stvarali su brojne kratere. U periodu od pre oko 3,6 milijardi godina, u procesu koji je nazvan „kasno teško bombardovanje“, asteroidi veličine do 200 km udarali su o Mesec i probijali anortozitnu koru. Bazaltna magma je izbijala kroz pukotine na površinu i plavila džinovske kratere. Tako su nastala sva veća mora na strani okrenutoj Zemlji: More kiša, More vedrine, More tišine...
Na suprotnoj strani Meseca, kora je znatno deblja (do 100 km) pa je teže dolazilo do proboja. Smatra se da je i Zemljina gravitacija doprinela većem izlivanju bazaltne magme u basene nastale udarima na strani Meseca okrenutoj Zemlji. Bazaltna magma je izbijala eruptivno. Pri maloj gravitaciji izbacivana je visoko; pri tom su se stvarale kapljice mesečevog zelenog stakla koje su se ohladile i očvrsnule do pada na površinu.
Vremenom je i bazaltni omotač očvrsnuo pa su nastale dubinske tzv. plutonske stene. Ovakvom rekonstrukcijom je objašnjeno zašto se gušća masa nalazi u mesečevim morima iznad ređe i zbog čega postoje koncentracije mase, tzv.“ maskoni“ koji stvaraju anomalije u mesečevom gravitacionom polju.

Do 7000 C

U misijama „Apolo 11,14 i 15“ na Mesecu su ostavljena laserska ogledala koja su odbijala svetlost emitovanu sa Zemlje. Merenjem vremena potrebnog do povratka svetlosnog zraka na Zemlju, precizno je procenjivano srednje rastojanje do Zemlje.
Ustanovljeno je da se Mesec udaljava od Zemlje godišnje za 3,8 cm, što znači da je u dalekoj prošlosti bio znatno bliži (pre oko 1,5 milijardi godina za oko 3 puta). Konačno, postavljena je teorija tzv. Velikog udara kojom se objašnjavaju sva dobijena saznanja o Mesecu; ustanovljena je sličnost odnosa izotopa kiseonika na Mesecu i Zemlji, slična gustina mesečevog i zemljinog omotača kao i odsustvo gvozdenog jezgra Meseca. Po toj teoriji, Mesec je nastao udarom o zemljinu površinu (koja je bila prekrivena magmom) tela veličine Marsa, nazvanog Teja, pre oko 4,5 milijardi godina. Pri tome je došlo do izbacivanja zemljine magme u orbitu; oko nje se gvozdeno jezgro Teje utisnulo u Zemljin omotač i kasnije potonulo i stopilo sa zemljinim jezgrom.
Od izbačene magme formiran je Mesec koji se kasnije menjao.
Ova teorija objašnjava vrlo visoku temperaturu pri formiranju Meseca (procena je do 7000ºC ) i uglavnom je prihvaćena - ali ima i protivnika (neki smatraju da je to mogla biti i nuklearna eksplozija fisionih elemenata kratkog perioda poluraspada).

Uzorci pričaju nove  priče

U SAD, treća generacija stručnjaka proučava mesečeve uzorke.
Tragovi Sunčevog vetra u mesečevim stenama omogućavaju da se rekonstruiše prošlost Sunca i vremena dešavanja velikih erupcija.
Novija istraživanja nekih mesečevih stena ukazuju na prisustvo atoma izotopa gvožđa 60. Smatra se da su nastali eksplozijom supernove, udaljene oko 300 svetlosnih godina, pre oko 1,5-2 miliona godina.
Mesec može da pruži podatke i o drugim telima u vasioni. SSSR je sa tri misije sondi „luna 16, 20 i 24“ doneo oko 400 gr mesečeve prašine, čije je proučavanje dalo gotovo istovetne zaključke kao i u slučaju uzoraka donesenih misijama „Apola“. Deo tih uzoraka sa sondi „luna“ je razmenjen sa SAD za uzorke donesenih misijama „Apolo“.
Jasno je da je međunarodna saradnja najbolji način da se dođe do novih saznanja o Mesecu. Po međunarodnom sporazumu, država koja donese uzorke sa Meseca treba i drugima da omogući njihovo ispitivanje. Godine 2020. Kina planira da dopremi oko 2 kg mesečevog tla na Zemlju; i druge države, kao što su  Indija i Japan planiraju svoje misije.
Ostale su neka nerazjašnjena pitanja u vezi sa Mesecom. Npr: da li ima malo gvozdeno jezgro? Ako se to pokaže kao tačno, to dovodi u pitanje teoriju udara Teje u ProtoZemlju. Možda će se otkriti i neki novi detalji o Mesecu, možda neke tajne kriju duboke  mesečeve pećine? Ispitivanje mesečeve unutrašnjosti može se  pokazati kao dug proces koji će rešiti tek trajne baze sa ljudskim posadama.
Unutar Meseca, pritisak i temperatura rastu znatno sporije nego u slučaju Zemlje - delimično rastopljen sloj je tek na oko 1100 km dubine. To omogućava bušenja mesečevog čvrstog omotača stotinama km duboko (pod uslovom da se na Mesecu raspolaže opremom za bušenje). Možda će se otkriti i neke neočekivane činjenice. Ali, ona  revolucija koja je nastala na osnovu proučavanja uzoraka sa Meseca i naučnih podataka donešenih programom „Apolo“ (donekle i sondama „luna“) ostaje za sada neprevaziđena po iznenađenju koje je priredila.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"