Opimme edelleen Apollo -kuunlaskuista, mutta entä jos menisimme takaisin?

Kuukivi, jonka Apollo 14 toi takaisin maahan.

Kuukivi, jonka Apollo 14 toi takaisin maahan. (Kuva: NASA)



Puoli vuosisataa Apollo 11 -kuun laskeutumisen jälkeen tehtävä ja sen seuraajat ovat johtaneet merkittäviin oivalluksiin kuun lisäksi myös maan ja muun aurinkokunnan ymmärtämiseksi.



Mutta yksi askel - tai pikemminkin sarja niistä, koska Apollo -ohjelma vei tusinan astronautteja kuun pinnalle neljän vuoden aikana - ei riitä täysin ymmärtämään kuun naapurimme luonnetta. Tutkijat, insinöörit ja tutkijat ympäri maailmaa odottavat paluuta kuuhun.

Tällä viikolla Science -lehti julkaisi erityinen muistotilaisuus joka katsoo sekä taaksepäin että eteenpäin ajassa nähdäkseen, mitä olemme oppineet tutkimalla kuuta ja kuinka paljon muuta sillä on tarjottavanaan.



Aiheeseen liittyviä: Apollo 11 50: Täydellinen opas historialliseen Kuun laskeutumistehtävään

Apollon näytteitä

Ihmiset ovat aina katsoneet kuun pintaan, mutta vasta avaruustutkimuksen kynnyksellä satelliitit ja astronautit voivat nähdä kuun pinnan läheltä. The näytteitä, jotka Apollo -astronautit veivät kotiin olivat vielä hämmästyttävämpiä, tutkijat tutkivat tuolloin ja myöhemmin tutkittiin uudemmilla, tehokkaammilla välineillä kauan Apollo-ohjelman päätyttyä.

Yksi suurimmista muutoksista, jonka Apollo -ohjelma toi ymmärrykseemme kuusta, johtui oivalluksista Maan sisaruksen syntymästä. Ennen Apolloa tiedemiehet ajattelivat, että planeetat kasvoivat lempeällä kerääntymisellä alhaisissa lämpötiloissa, mikä antoi heille suhteellisen kylmän käynnistyksen. Kuunäytteet paljastivat nopeasti, että suuri osa kuun pinnasta oli kerran sulanut, mikä johti magma -valtamerimalliksi, joka selittää kuinka kuukerrokset jähmettyivät.



Salaisuuksia on jäljellä, kuten miksi jotkut allekirjoituselementit ovat jakautuneet epätasaisesti, mutta kuun magma -valtameri vastasi moniin kysymyksiin Apollo -astronauttien palauttamista kivistä. '' Magma -valtamerien perusmalli selittää monet kuunäytteiden ominaisuudet '', kirjoitti Richard Carlson, Carnegie Institution for Science in Washington, D.C. arvostelu kuinka kuu vaikutti ymmärrykseemme planeetan muodostumisesta ja evoluutiosta.

Kuunäytteet olivat myös yllättävän samanlaisia ​​kuin maapallon kivet. Eri planeetoilla ja jopa meteoriiteilla on pieniä isotooppieroja, jotka johtuvat aurinkokunnan elementtien asettelusta ennen planeetan muodostumista. Mutta nämä allekirjoitukset ovat samat Maalle ja kuulle, mikä viittaa odottamattomaan suhteeseen ja yllättävään alkuperään kuulle.

Nuori Maa syntyi väkivaltaisella alueella: törmäykset varhaisten planeettojen ja jäännösten välillä olivat jatkuvia. Alle 100 miljoonaa vuotta aurinkokunnan muodostumisen jälkeen planeettamme alkio putosi maailmaan ja lähetti avaruuteen räjähtäviä maanpäällisiä kiviä. Poistunut materiaali lopulta putosi yhteen muodostaen uuden sisaren, kuun.



Nykyään se on johtava teoria kuun muodostuminen , vaikka tiedemiehet pyrkivät edelleen ymmärtämään tarkalleen, kuinka prosessi keräsi niin paljon maanpäällistä materiaalia ja niin vähän iskulaitetta. He myös ihmettelevät, kuinka kuu säilytti niin paljon kevyttä materiaalia, kuten vettä ja kaasuja, joiden olisi teoriassa pitänyt paeta törmäyksen aikana.

Kuun arpinen pinta voidaan kartoittaa Maasta, jolloin tiedemiehet voivat määrittää kuun piirteiden suhteellisen iän. Matematiikka on yksinkertaista - raskaammin kraateroidut alueet ovat vanhempia, koska heillä on ollut aikaa kerätä enemmän törmäyksiä, kun taas kevyesti kraateroidut alueet ovat nuorempia, koska ne ovat kokeneet vähemmän vaikutuksia. Maasta ei voitu ymmärtää minkä tahansa näiden alueiden ehdotonta ikää.

Apollo -näytteet muuttivat sen. Tutkimalla kuukivien koostumusta tähtitieteilijät pystyivät vihdoin päivämäärään kuun pinnan. Yllätyksekseen he havaitsivat, että suurin osa astronauttien vierailleista alueista oli suunnilleen samanikäisiä - noin 3,9 miljardia vuotta vanhoja. Tämä johti teoriaan myöhäisestä raskaasta pommituksesta, kuun törmäysten noususta. Vasta viime vuosina, kun kuun pinta ja näytteet on analysoitu yksityiskohtaisemmin, tämä nousu on tullut kyseenalaiseksi.

Koska kuusta puuttuu vettä tai ilmakehää, kuu ylläpitää suhteellisen koskematonta pintaa, joka muuttuu pääasiassa iskujen (ja tulivuoren menneisyydessä) vuoksi. Tämä muinainen pinta kertoi tiedemiehille paitsi kuinka usein materiaali törmäsi kuuhun, myös kuinka usein tällaiset esineet törmäävät maan ja muiden planeettojen kanssa. Kuunäytteet jopa antoivat planeetatieteilijöille mahdollisuuden löytää ominaisuuksia Plutosta, joka sijaitsee paljon kauempana aurinkokunnassa.

Kuunäytteet avautuivat tutkijoille 1970 -luvulla, ja ne paljastavat edelleen kuun salaisuuksia tänään. Mutta näytteet herättivät kysymyksiä, joihin voidaan vastata vain lisää kuunäytteitä; Yhdysvallat ei ole ainoa maa, joka pyrkii ymmärtämään lähimmäistämme.

Kiinan kuun etsintäohjelma

2000 -luvun alusta lähtien yli tusina maailman eri maiden lähettämää satelliittia on kääntynyt kohti kuuta. Yksi näistä maista, Kiina , sillä on työn alla kunnianhimoinen ohjelma, jonka tarkoituksena on paitsi tutkia kuun pintaa myös rakentaa pysyvä kuun tieteellinen tutkimusasema.

Vuonna 2004 Kiinan kuututkimusohjelma (CLEP) kehitti robottisen kuututkimusohjelman, Chang'e -projektin, joka on nimetty kiinalaisen kuun jumalattaren mukaan. CLEP: llä on yhteensä 14 avainkysymystä, jotka ohjaavat viraston suunnitelmaa kuun tutkimiseen. Näitä ovat muun muassa kuun ilmakehän, topografian ja ionosfäärin sekä sen sisäisen rakenteen ja lämpökehityksen ymmärtäminen.

`` Nämä tieteelliset kysymykset ovat olennaisia ​​kuun etsintätehtävissä '', Chunlai Li, Kiinan tiedeakatemioista Pekingissä, kirjoitti arvostelu artikkelille Science .

Vuodesta 2004 vuoteen 2020 CLEP on työskennellyt saadakseen maailmanlaajuisen ja kattavan ymmärryksen kuusta Chang'en tehtävät jota Li kutsui 'iteratiiviseksi ja kietoutuneeksi'. Chang'e-1- ja Chang'e-2-kiertoradat loivat yksityiskohtaiset kuun maailmanlaajuiset kuvat ja topografiset kartat, ensimmäisen maailmanlaajuisen analyysin kuun mikroaaltosäteilystä ja protonien kiihtyvyyden kuun päivä-yölinjalla.

Chang'e-3-laskeutuja ja rover, joka laskeutui alas joulukuussa 2013 ja josta tuli ensimmäinen avaruusalus, joka laskeutui kuuhun vuodesta 1976 lähtien, löysi uudenlaisen kuun basalttikiven ja käytti pintaa havaintoalustana tähtien tarkkailuun.

3. tammikuuta 2019, Chang'e-4 tuli ensimmäinen laskeutumistehtävä, joka tutki kuun eteläpuolen. Robottialus kosketti Etelänapa-Aitken-altaan alueella tällä hetkellä kohdennettuja NASA ihmisen tutkimiseen. Chang'e-4 tutkii kuun kauempana olevaa sivua läheltä ja tarjoaa näkyvää ja lähi-infrapunahavaintoa törmäyksestä ja analysoi sähkömagneettista ympäristöä.

Vuonna 2015 Kiina ehdotti kolmen jatkosuunnitelman toteuttamista ennen vuotta 2030. ja Chang'e-8 tarkistavat keskeiset tekniikat, kuten 3D-tulostuksen rakentamisen kuun pinnalle.

'Näiden tehtävien avulla robotti rakentaa tieteellisen tutkimusaseman prototyypin kuuhun', Li kirjoitti.

Vuoden 2030 jälkeen Kiina toivoo edelleen kehittävänsä valmiuksia sekä robottien että ihmisten etsimiseen. Tavoitteena on, että kuututkimusasemasta tulee pitkäaikainen kuutukikohta, johon astronautit voivat vierailla lyhyitä mutta kasvavia oleskeluja varten.

Kiina toivoo, että he eivät suorita näitä tehtäviä yksin. '' Kansainvälinen yhteistyö on tärkeä osa Kiinan kuun- ja syvän avaruustutkimuksen strategiaa '', Li kirjoitti. Chang'e-4 suorittaa kokeita Saksasta, Ruotsista ja Alankomaista; Chang'e-6: lla on samanlaisia ​​kansainvälisen yhteistyön mahdollisuuksia.

Monikansallinen tiimityö ylittää tieteellisen osallisuuden. Kiina on allekirjoittanut kuun etsintäsopimukset Venäjän ja YK: n ulkoavaruudesta vastaavan toimiston, Turkin, Etiopian ja Pakistanin kanssa.

'Kiina on myös avoin yhteistyölle NASA: n kanssa kuututkimuksessa', Li kirjoitti. Kansakunta odottaa innokkaasti lisää mahdollisuuksia tehdä yhteistyötä NASA: n kanssa avaruusympäristön säilyttämiseksi tuleville sukupolville.

Kuun observatorioita

Huhtikuussa 1972 Apollo 16 astronautit perustivat ensimmäisen observatorion toiseen maailmaan. Kullatun teleskoopin avulla tähtitieteilijät voivat vahvistaa tähtienvälisten molekyylivetyjen olemassaolon ja paljastaa kaikkien aikojen ensimmäiset ultraviolettikuvat kaukaisista galaksijoukkoista, aurinkotuulesta ja maan ionosfääristä ja auroraeista. Siitä lähtien tähtitieteilijät ovat pitäneet kuuta ihanteellisena paikana teleskooppisia havaintoja varten.

Vaikka optiset teleskoopit hyötyisivät kuun ilmakehän puutteesta, instrumentin laskeutumisen kustannukset kuuhun sen sijaan, että se asetettaisiin kiertoradalle maapallon ympäri, näyttivät vastustavan tällaista kaukoputkea. Mutta radiotähtitieteilijöille kuun ääripää on täydellinen paikka instrumentin sijoittamiseen.

Radioastronomia perustuu radioaaltoihin, joita myös TV ja radiolähettimet käyttävät. Alimmilla taajuuksillaan radioastronomian havainnot häiritsevät helposti maapallon ionosfääri - ilmakehän varautuneiden hiukkasten kerros, joka voi murtautua, hajottaa tai estää radioaaltoja, jotka voivat antaa tietoa varhaisesta maailmankaikkeudesta.

'Olen miettinyt tätä 35 vuotta ja näemme vihdoin vetoa', tähtitieteilijä Jack Burns, Coloradon yliopistosta Boulderista, kertoi. Tiede . 'Tunne on, että kuu ei ole enää niin vaikea tehdä.'

Vuonna 2008 Burns perusti NASAn rahoittaman LUNAR-tiimin selvittääkseen, miten rakentaa kuun radioteleskooppi. Yhteistyökumppanit suunnittelivat joukon kuun teleskooppeja, jotka sisältäisivät satoja yksinkertaisia ​​dipoliantenneja, jotka itsenäiset roverit voisivat maata maassa.

Toinen NASA: n rahoittama tutkimusohjelma, Network for Exploration and Space Science (NESS), työskentelee kuun teleskooppien parissa, jotka voisivat tutkia eksoplaneettoja ja varhaista maailmankaikkeutta. Planeetat, joissa on magneettikenttä, lähettävät matalataajuisia radioaaltoja, jotka voitaisiin havaita kaukoputkella, tarjoten vihjeitä sen sisätilasta ja asuttavuudesta. Vaikka maapohjainen laite pystyy havaitsemaan Jupiterin kokoisten tai suurempien eksoplaneettojen radiopäästöt, kuun observatorio voi havaita kivisen maailman heikomman allekirjoituksen.

NESS työskentelee kahden ohjelman parissa. Dark Ages Polarimeter Pathfinder (DAPPER) -satelliitti kiertäisi kuuta. Maapallon meluisilta radiohäiriöiltä suojattuna DAPPER yrittää olla havaitsemassa varhaisen maailmankaikkeuden radiosormenjälkiä. Avaruusaluksen pitäisi pystyä kartoittamaan säteilyä riittävän yksityiskohtaisesti, jotta tutkijat ymmärtäisivät, kuinka pimeä aine veti muinaisia ​​vetypilviä ensimmäisiin tähtiin muodostaviin möykkyihin.

Kuun pinnalla Farside Array käyttäisi LUNAR-tiimin uraauurtamia tekniikoita, ja pienet roverit asettavat 128 antennia 10 kilometrin pituiselle alueelle.

Chang'e-4 kommunikoi maan kanssa Kiinan Queqiao-satelliitin kautta. Koetin teki myös radiokokeilun, joka alkaa metsästää varhaisen maailmankaikkeuden radiosormenjälkeä myöhemmin tänä vuonna. Vaikka avaruusalus ei ole täysin suojattu Maalta, se toimii koekäyttöön tulevalle jättimäiselle radioteleskooppiryhmälle.

Euroopan avaruusjärjestö julkaisi äskettäin myös kymmenvuotisen strategian kuun tieteelle, mukaan lukien matalataajuisten radiovastaanottimien testaaminen kaukaisella puolella.

Radioastronomit tuntevat kiireellisyyden tunteen, kun muut ryhmät keskustelevat tavoista tutkia ja hyödyntää kuuta. Kaivostoiminta voi heittää pölyä, joka häiritsisi havaintoja ja samalla vapinaa, joka heikentäisi herkkien teleskooppien vaadittua vakautta. Ihmisen etsintä toisi saman radiomelun, joka estää radioastronomit maan päällä.

Hänellä on radio -tähtitieteilijä Heino Falcke Alankomaiden Raboundin yliopistosta. 'Jos kaukaiset puolet pilaantuvat, en tiedä minne menisimme', hän kertoi Science -lehdelle.

Seuraa Nolaa Facebook ja Twitterissä osoitteessa @NolaTRedd . Seuraa meitä Twitterissä @Spacedotcom ja päälle Facebook .