Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 21 – vyšlo 25. května, ročník 5 (2007) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

21/2007

Statický náboj na Měsíci se po 18 letech mění

Petr Sobotka

Prach na měsíčním povrchu je nabitý statickou elektřinou. Nabíjení se periodicky opakuje, když Měsíc prolétá magnetosférou Země. Kvůli parametrům oběžné roviny Měsíce se nabíjení navíc zvyšuje a zase snižuje každých 18 let. Maximum vyjde právě na dobu, kdy na Měsíc poletí člověk.

Magnetosféra Země. Průchod Měsíce neutrální vrstvou znamená dopad
nabitých částic na jeho povrch. Zdroj: ESA.

Měsíc – přirozený satelit Země, rotuje tzv. vázanou rotací (doba oběhu a rotace je shodná). Díky tomu stále vidíme přibližně jen přivrácenou polokouli Měsíce. Měsíc je prvním cizím tělesem, na kterém stanul člověk (Neil Armstrong, 1969, Apollo 11). Voda na Měsíci byla objevena v stinných částech kráterů a pod povrchem (Lunar Prospektor, 1998). Povrch Měsíce je pokryt regolitem (drobná drť s vysokým obsahem skla). Malé pevné jádro je obklopené plastickou vrstvou (v hloubce 1 000 km pod povrchem). Velké množství kráterů má rozměry od milimetrů po stovky kilometrů. Několik z nich je pojmenováno i po českých osobnostech (například kráter Anděl). Země – největší z planet zemského typu. Je jedinou planetou v celém vesmíru, o které víme, že na ní existuje život. Má dostatečně hustou atmosféru, dostatek kapalné vody v povrchových oceánech. Kolem Země obíhá jediný měsíc s vázanou rotací. Při pozorování Země z kosmu vidíme hlavně modrou barvu oceánů. 70 % povrchu Země je pokryto oceány, 30 % tvoří kontinenty. Země sestává z těchto vrstev: jádro, plášť, kůra, troposféra, stratosféra, mezosféra, termosféra. Plášť a kůra jsou odděleny tzv. Mohorovičiæovým rozhraním. Kůra se posouvá a „plave“ na polotekutém plášti. Teplota v centru Země je 5 100 °C, tlak 360 GPa. Magnetické pole Země má přibližně dipólový charakter, je deformováno slunečním větrem do typického tvaru. Magnetosféra – oblast magnetického vlivu planety nebo jiného nebeského tělesa. U naší Země je dipólové magnetické pole vytvářeno v jádru elektrickými proudy o řádové hodnotě 109 A. Toto pole je deformováno interakcí se slunečním větrem do charakteristického tvaru – magnetosféry Země. Magnetosféry planet jsou přirozeným ochranným štítem před nabitými částicemi slunečního větru.

Magnetické pole chrání Zemi před nabitými částicemi z vesmíru a umožňuje udržení života na naší planetě. Zároveň by ale jeho působení na měsíční povrch mohlo ohrozit lidské výpravy na Měsíc plánované na konec druhého desetiletí.

Většinu času tráví Měsíc mimo zemskou magnetosféru. Ta ale nemá pravidelný kulový tvar. Naopak, je značně protažená směrem od Slunce, protože podléhá vlivu slunečního větruSluneční vítr – proud nabitých částic ze Slunce, které zaplavují celou Sluneční soustavu. Zejména jde o protony, elektrony a alfa částice (jádra hélia). Typická rychlost částic u Země je kolem 500 km/s (rychlost zvuku v tomto prostředí je 50 km/s), teplota 3 eV (30 000 K) a koncentrace několik protonů v cm³. Částice vylétávající podél otevřených siločar mají vyšší rychlost (přibližně 750 km/s) a nazýváme je rychlý sluneční vítr. Sluneční vítr objevil anglický astronom Richard Carrington v roce 1859, kdy bylo za půl dne po slunečním vzplanutí narušeno magnetické pole Země. Pojmenování sluneční vítr pochází od amerického astronoma Eugena Parkera.. Náš nejbližší vesmírný soused se jednou měsíčně na své oběžné dráze dostane právě na místo, kam je magnetosféra protažena.

Měsíc se tak dostává do místa s množstvím elektronůElektron – první objevená elementární částice. Je stabilní. Hmotnost má 9,1×10⁻³¹ kg a elektrický náboj 1,6×10⁻¹⁹ C. Elektron objevil sir Joseph John Thomson v roce 1897. Existenci antičástice k elektronu (pozitron) teoreticky předpověděl Paul Dirac v roce 1928 a objevil Carl Anderson v roce 1932., které při průletu naráží na měsíční povrch. Ten je doslova poset prachem a elektrony ho dokáží nabít. Efekt nabíjení statickou elektřinou dokázala dobře změřit sonda Lunar ProspectorLunar Prospector – Sonda NASA, která po mnoha letech od programu Apollo měla za cíl zkoumat Měsíc. Od roku 1998 rok mapovala povrch Měsíce a měřila gravitační a magnetické pole. V lednu 1999 byla mise prodloužena o 7 měsíců. Po vyčerpání paliva byla loď v roce 1999 nasměrována do jednoho kráteru v blízkosti jižního pólu Měsíce. Dopadem se měl uvolnit pozorovatelný oblak vodní páry a potvrdit tak existenci vody na Měsíci. Nic takového se ale nestalo. roku 1998. Statická elektřina je potenciální problém pro všechnu elektroniku měsíčních kolonistů. Vlivem statické elektřiny by se dokonce mohly prachové částice vznášet nad povrchem Měsíce a zvýšit tak třeba riziko průniku do skafandru.

Cyklus 18 let

Množství nabitých částic na povrchu Měsíce závisí na době nabíjení. Čím déle stráví Měsíc v ohonu magnetického pole Země, tím více částic se stihne nabít. Měsíční dráha nejen nemá tvar kružnice, ale mění se i její sklon. Někdy Měsíc prolétá nad magnetosférou, jindy pod ní. Proces nabíjení může být v určitém období i dvakrát až třikrát vyšší než obvykle.

Během letů ApolloApollo – americký program pilotovaných vesmírných letů probíhající v letech 1961 až 1972 a současně název kosmické lodi, která dopravila člověka na Měsíc. Vyvrcholením bylo přistání člověka na Měsíci (Apollo 11, Neil Armstrong, 20. 7. 1969). K cestě na Měsíc byla používána dosud největší nosná raketa Saturn V. Astronauté posledních misí využívali k pohybu po povrchu Měsíce speciální motorové vozítko. byl měsíční povrch nabit na nejmenší možnou míru. Naopak výpravy, letící k Měsíci roku 2018, dosáhnou povrchu v době maximálního nabití. Cykly změn měsíční dráhy totiž trvají 18 let a v letech 2016 až 2018 bude Měsíc prolétat magnetosférou nejčastěji.

Doba, kterou Měsíc stráví v magnetosféře Země, se mění v osmnáctiletých cyklech.
Zdroj: Mike Hapgood, Rutherford Appleton Laboratory

Přesný vliv nabitých částic na měsíční prach dnes ještě není znám. Někteří odborníci se obávají velkých problémů, jiní si myslí, že prach se sice bude lepit na kovové součástky, ale velké škody nezpůsobí. Vědci se snaží problém vyřešit v dostatečném předstihu před obnovením letů člověka na Měsíc. Svou roli může sehrát i sluneční zářeníSluneční záření – elektromagnetické záření širokého spektra, od dlouhovlnného rádiového záření až po rentgenové, které vyzařuje Slunce. U Země tok energie slunečního záření činí přibližně 1,4 kW/m²., které nabité částice odráží z měsíčního povrchu pryč. Větší riziko tedy nastává během noci.

Klip týdne: Nabíjení Měsíce

 

Nabíjení Měsíce. Měsíční povrch se při průchodu ohonem magnetosféry Země periodicky nabíjí dopadajícími elektrony. Tato animace byla pořízena na základě Tsyganěnkova modelu magnetosféry Země. Díváme se od Země nočním směrem (od Slunce). Ohon magnetosféry Země je znázorněný velkým modrým kruhem, samotný Měsíc malým bílým kroužkem. červeně je zobrazena tzv. neutrální vrstva. Jde o oblast s nulovým magnetickým polem přibližně uprostřed magnetického ohonu Země, ve které je zvýšená koncentrace plazmatu a tedy i nabitých částic. Animace je počítána pro vánoční období 2007 (čas běží vlevo nahoře). Měsíc náhodně prochází nulovou vrstvou. Pokud tyto krátkodobé variace v nabíjení středujeme přes dlouhý časový úsek, ukáže se, že nabíjení povrchu Měsíce se výrazně mění se základní periodou přibližně 18 let. V těchto okamžicích se jeho povrch nabíjí intenzivněji než jindy. Uvedené měřítko je v poloměrech Země. Zdroj: M. Hapgood, Rutherford Appleton Laboratory. (gif, 1 MB)

Odkazy