Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 40 – vyšlo 20. prosince, ročník 11 (2013) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

40/2013

Králík, který běhá po Měsíci

Radek Beňo

MěsícMěsíc – 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)., jakožto jediná přirozená družice ZeměZemě – 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., odjakživa přitahoval pozornost lidstva. Prvním lidským objektem, který dosáhl povrchu Měsíce (v tomto případě tzv. tvrdým přistáním), byla sovětská sonda Luna 2, a to 13. září 1959. V dobývání Měsíce udělalo lidstvo další významný krok v únoru 1966 tzv. měkkým přistáním (tj. bez jakéhokoliv poškození) sovětské sondy Luna 9. Historicky nejvýznamnější událostí bylo samozřejmě první přistání člověka na Měsíci (20. července 1969 ve 20:17 UTC) – dvojice amerických astronautů Neil Armstrong a Edwin Aldrin se 21. července 1969 jako první lidé procházeli po povrchu Měsíce v rámci mise Apollo 11Apollo – 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.. Poslední návštěvou měsíčního povrchu byla mise sovětské sondy Luna 24, uskutečněná 19. srpna 1976. Poté se cesty na Měsíc dostaly do ústraní lidského zájmu.

Snímek Země pořízený Apollem 17 z blízkosti Měsíce v prosinci 1972. Zdroj: NASA.

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). Apollo – 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. CNSA – China National Space Administration, Čínská národní kosmická agentura, založená v roce 1993. Agentura vlastní tři kosmodromy (Jiuquan, Xichang, Taiyuan) a nosnou raketu Long March.

Čínské úsilí o dobytí Měsíce

V historii lidstva dosáhlo „měkce“ povrchu Měsíce celkem 20 objektů, z nichž právě 6 neslo lidskou posádku a celkem 12 lidí (všichni z USA) se procházelo po povrchu tohoto vesmírného tělesa.

Fakt, že povrchu Měsíce dosáhly pouze dvě světové velmoci, platil až donedávna. Dne 14. prosince 2013 přistála na Měsíci čínská sonda Čchang-e 3, která sem dopravila „lunochod“ s poetickým názvem Nefritový králík. Po 37 letech se tak na povrch Měsíce opět dostává lidský výtvor a Čína se stala třetí zemí (po USA a bývalém Sovětském svazu), která dokázala technicky zvládnout měkké přistání na Měsíci včetně vypuštění lunárního vozítka na jeho povrch.

Čínské přistání na Měsíci je jistě velmi významnou událostí v dějinách světové kosmonautiky. Již v minulosti však Čína prokázala, že je na tomto poli velmi významným hráčem. V říjnu 2003 se na oběžnou dráhu Země poprvé dostává čínský tajkonautTajkonaut – po vzoru dvou velmocí si i Čína zavádí vlastní označení pro člověka, který uskutečnil kosmický let. Tedy v USA astronaut, v Rusku kosmonaut a v Číně tajkonaut. Jang Li-wej. O pět let později, v září roku 2008, Čína vyslala na oběžnou dráhu trojici tajkonautů (Čaj Č'-kang, Liou Po-ming, Ťing Chaj-pcheng), jejichž cílem byl historicky první čínský výstup do volného prostoru. Následně v letech 2011 až 2012 vypustila Čínská národní vesmírná agentura (CNSACNSA – China National Space Administration, Čínská národní kosmická agentura, založená v roce 1993. Agentura vlastní tři kosmodromy (Jiuquan, Xichang, Taiyuan) a nosnou raketu Long March.) na oběžnou dráhu Země malou orbitální stanici Tchien-kung 1 (Nebeský palác 1), ke kterému se v létě roku 2012 připojila vesmírná loď Šen-čou 9 (Božská loď) se třemi tajkonauty na palubě.

Paralelně k programu dobývání okolí Země se rozběhl v roce 2003 program Čchang-e, jehož cíle byly daleko ambicióznější – úspěšné přistání na Měsíci. Jako přípravu na bezpečné dopravení lunárního modulu na povrch Měsíce provedla CNSA celkem dvě mise. Dne 24. října 2007 odstartovala k Měsíci sonda Čchang-e 1, která byla navedena na oběžnou dráhu kolem Měsíce dne 5. listopadu a měla za cíl především ověřit technologie pro následující bezpilotní mise a pořizovat snímky měsíčního povrchu. O tři roky později vyslala Čína k Měsíci druhou sondu – překvapivě s názvem Čchang-e 2. Základem jejího programu byl průzkum měsíčního povrchu (sonda pořizovala snímky měsíčního povrchu s rozlišením 1 metr na pixel). Po přechodu z měsíční orbity do Lagrangeova bodu L2Lagrangeovy body – pět bodů v sousedství dvou obíhajících hmotných těles, ve kterých je gravitační a odstředivá síla vyrovnána. Polohu těchto bodů poprvé vypočítal italsko-francouzský matematik Joseph-Louis Lagrange. Velmi výhodné je například umístění sond určených k pozorování vzdáleného vesmíru do Lagrangeova bodu L2 soustavy Země-Slunce, který je vzdálený od Země 1 500 000 km ve směru od Slunce (WMAP, Planck, Herschel). Naopak, do bodu L1 soustavy Země-Slunce se umísťují sondy určené pro monitorování Slunce (například SOHO). Lagrangeův bod L3 soustavy Země-Slunce leží opačné straně Slunce, nepatrně dále, než je oběžná dráha Země. Body L4 a L5 neleží na spojnici obou těles, ale tvoří s nimi rovnostranné trojúhelníky. následně zkoumala meziplanetární prostor.

Start rakety Long March 3B z kosmodromu Si-čchang. Zdroj: CNSA.

Králík na scéně

Dne 1. prosince 2013 v 17:30 SEČSEČ – středoevropský čas. SEČ je roven světovému času + 1 hodina. V období od poslední březnové neděle do poslední říjnové neděle platí tzv. letní čas (SELČ), který je roven světovému času + 2 hodiny. (2. prosince v 01:30 pekingského času) odstartovala z čínského vesmírného kosmodromu Si-čchang čínská raketa Long March 3B (Dlouhý pochod – jméno podle akce komunistických partyzánů, která zachránila celé maoistické hnutí), která v rámci mise Čchang-e 3 vyslala k Měsíci vesmírnou sondu se stejným názvem. Mise vyvrcholila dne 14. prosince, kdy ve 21:12 pekingského času přistál lunární modul na povrch Měsíce. Jeho přistání bylo plánováno do místa známého jako Záliv duhy (Sinus Iridum). Sonda však nakonec dosedla do Moře dešťů (Mare Imbrium), přibližně 40 kilometrů jižně od měsíčního kráteru Laplace F (N44.1260°, W19.5014°). Zajímavostí může být, že právě do oblasti Moře dešťů v minulosti dopadla tvrdým přistáním již zmíněná sovětská sonda Luna 2.

Po rozložení slunečních panelů a zprovoznění modulu byl na povrch Měsíce vypuštěn Nefritový králík – průzkumné lunární vozítko, které má především zkoumat měsíční povrch. Mateřská sonda má pracovat přibližně 12 měsíců a náplní její práce je především pozorování galaxií, aktivních galaktických jaderAGN – Active Galactic Nuclei, aktivní jádra galaxií. Tato jádra produkují netepelné pulzní UV a RTG záření, v centru sídlí velmi hmotná černá díra obklopená akrečním diskem (n ~ 10¹⁶ cm^-3, T ~ 10⁵ K, B ~ 0,2 T). Přepojení silokřivek magnetického pole je doprovázeno ohřevem elektronů až na 10⁹ K a rentgenovým či gama zábleskem. Existuje celá řada galaxií s aktivními jádry, například Seyfertovy galaxie, linery, blazary a kvazary., proměnných hvězd, dvojhvězd, nov, kvazarůKvazar – objekty objevené v roce 1963, mají malé úhlové rozměry (<1″) a ob­rov­ský zářivý výkon v celém spektru (10³⁵ až 10⁴⁰ W). Kvazary se nacházejí ve velkých kosmologických vzdálenostech, jejich světlo je poznamenáno roz­pí­ná­ním vesmíru a spektrum je výrazně posunuté k červenému konci. Energetická bilance odpovídá vyzařování celých galaxií. Jde o zárodky budoucích galaxií, v jejichž středu se nachází obří černá díra s charakteristickým výtryskem hmoty. a blazarůBlazar – nejenergetičtější skupina galaxií s kompaktním aktivním jádrem. Buď jde o rychle proměnné kvazary OVV (Optically Violently Variable) nebo o proměnné galaxie typu BL Lacertae. v blízkém ultrafialovém oboru (245–340 nm). K tomu jí bude sloužit 150mm teleskop Ritchey-ChrétienRitchey-Chrétien – optický systém dalekohledu, v němž má primární zrcadlo otvor, kterým procházejí paprsky odražené od sekundárního zrcadla do ohniska. Na rozdíl od Cassegrainova dalekohledu mají obě zrcadla hyperbolický tvar, což odstraňuje řadu optických vad. Výroba hyperbolického zrcadla je ovšem technologicky náročnější než parabolického nebo kulového., který je schopen detekovat objekty až o 13. magnituděMagnituda – někdy též zdánlivá magnituda, logaritmická míra jasnosti objektu, m = −2,5 log J. Tato definiční rovnice se nazývá Pogsonova rovnice (zavedl ji anglický astronom Norman Pogson v roce 1856). Koeficient je volen tak, aby hvězdy s rozdílem pěti magnitud měly podíl vzájemných jasností 1:100. Znaménko minus v definici je z historických důvodů. Magnitudy takto vypočtené odpovídají historickému dělení hvězd do šesti skupin (nula nejjasnější, 5 nejméně jasné pozorovatelné okem). Nejjasnější hvězda na severní polokouli Arcturus má magnitudu −0.05, nejjasnější hvězda celé noční oblohy, Sírius, má magnitudu –1.6. Relativní magnituda vypovídá o skutečné jasnosti hvězdy na obloze, která kromě svítivosti závisí také na vzdálenosti hvězdy. Rozlišujeme bolometrickou magnitudu (v celém spektru) a vizuální magnitudu (pouze ve viditelném spektru).. Pozorování na povrchu Měsíce má řadu výhod: stabilita uložení teleskopu, řídká měsíční atmosféra a pomalá rotace Měsíce. Vše dohromady umožňuje extrémně dlouhé a nepřetržité expozice. Sekundárním pozorovacím zařízením sondy je kamera pro extrémní ultrafialový obor (EUV, 30,4 nm), která má pozorovat zemskou plazmosféru s cílem zkoumat její strukturu, dynamiku a její ovlivnění sluneční aktivitou. Tímto počinem se stala čínská sonda první dlouhodobou měsíční observatoří v historii lidstva.

Vyobrazení sondy Čchang-e 3 a vozítka na povrchu Měsíce. Zdroj: CNSA.

Nefritový králík (čínsky Jü-tchu) je lunární vozítko Čínské národní vesmírné agentury. Váží 120 kilogramů, je vysoký 1,5 metru a široký 1,1 metru. Dokáže vyvinout rychlost až 200 metrů za hodinu, překonat překážky vysoké 20 cm a svah o maximálním sklonu 20°. O dodávku elektrické energie se stará dvojice postranních solárních panelů a vyhřívání celého modulu během čtrnáctidenní měsíční noci je zajištěno radioizotopovým tepelným zdrojem. Na povrchu Měsíce by měl Nefritový králík pobývat přibližně 3 měsíce, za které ujede až 10 kilometrů a prozkoumá plochu tří čtverečních kilometrů.

Mezi přístrojové vybavení Nefritového králíka patří především radar určený ke zkoumání měsíčního povrchu do hloubky 30 metrů a pro zkoumání struktury kůry Měsíce do hloubky více než 100 metrů. Dále je vozítko vybaveno alfa-částicovým rentgenovým spektrometrem a infračerveným spektrometrem, které jsou umístěny na robotických ramenech a slouží pro analýzu chemického složení lunárních vzorků. Celkové přístrojové vybavení je dovršeno dvojicí panoramatických fotoaparátů.

Zajímavostí je, že jméno Nefritový králík bylo vybráno na základě internetového hlasování čínského lidu. Stejně jako název lunárního modulu se i název lunárního vozítka váže k čínské mytologii – Nefritový králík dělá na Měsíci společnost čínské bohyni Měsíce Čchang a stlouká v hmoždíři elixír nesmrtelnosti.

Fotografie pořízená sondou Čchang-e 3 zachycuje první krůčky
vozítka na povrchu Měsíce. Zdroj: Amazon Web Services.

Závěr

Dalším přirozeným vývojem čínské „Vesmírné odysey“ je vypuštění lunárního modulu, který bezpečně dopraví vzorky měsíčního povrchu zpět na Zemi, což by se mělo uskutečnit přibližně v roce 2017. Vyvrcholením celého programu je vyslání člověka na povrch Měsíce, které plánuje čínská vesmírná agentura CNSA přibližně na rok 2020. Návrat na Měsíc oznámily také Spojené státy, a to do roku 2018, do roku 2025 chce na Měsíci přistát také Japonsko a Rusko. Začínají nám tak novodobé závody v dobývání Měsíce?

Přistání sondy Čchang-e 3 na povrchu Měsíce. (mp4/h264, 48 MB)

Vypuštění Nefritového králíka na měsíční povrch. (mp4/h264, 15 MB)

Odkazy