Zakaj je uspeh raziskovanja Lune neposredno odvisen od "bitke hipotez" o njenem izvoru
Med teorijami o nastanku Selene že dolgo traja resen boj: ameriški znanstveniki verjamejo, da jo je Zemlja udarila s starodavnega mrtvega planeta, njihovi kolegi iz Rusije in Izraela pa - da ni bilo eshatoloških trkov planetov. Kako bodo zemljani raziskovali Luno, je odvisno od tega, kateri od njih je pravi.
Na prvi pogled je vrvež okoli Zemljinega satelita skrivnosten. Po eni strani kolonizacija Lune skorajda ni smiselna: njeno območje (približno 1/14 Zemljinega območja) je približno enako območju tropskih in arktičnih puščav Zemlje; medtem se celo zemeljske puščave obvladujejo zelo počasi, razvoj Lune pa bo stalo za red več. Mnenje navdušencev, da je tam helij-3 in je vreden razlog za raziskovanje Lune, nasprotuje vsem dobro znanemu dejstvu: energijsko ugodna termonuklearna reakcija še ni bila dosežena niti za devterij, medtem ko je vžig helija-3 na veliko večjo težo in leži zunaj predvidljiva prihodnost človeštva. Po drugi strani pa ena moč za drugo načrtujejo letošnje pristanke na Luni. Vprašanje je: zakaj?
Pravilen odgovor na to vprašanje je preprost: znanstvena in vira dirka je "pomešana" z raso prestiža. Če so neameriške hipoteze o izvoru zemeljskega satelita pravilne, je tam veliko vode in v obliki vodnega ledu, ki je primeren za razvoj. Ob prisotnosti vode se lahko na luninem regolitu gojijo kopenski posevki - takšni poskusi so že uspešno izvedeni. Z vodo in hrano, pa tudi z virom kisika, bo veliko, veliko lažje in ceneje preučevati in obvladovati Luno kot v primeru, ko se mora vse prevažati z Zemlje. Poudarjamo, da temelj baze ne pomeni kolonizacije. Arktičnih otokov in Antarktike ni mogoče naseljevati, vendar so tam baze. Potrebni so zaradi raziskovalnih, vojaških in logističnih razlogov. Luna ima šestkrat manj teže kot zemlja. To pomeni, da je lažje dvigniti gorivo in oksidant z njega (potrebujete desetkrat manj goriva),pridobljeno iz iste vode - na primer za točenje goriv, ki letijo na Mars. Toda, da začnete načrtovati lunarne baze, morate najprej ugotoviti: kdo ima prav? Je Luna res suha?
Megawar: kako se je rodila ideja o trku Zemlje z drugim planetom
Sončnega sistema je vredno pogledati tako, kot je bilo znano leta 1975, ko sta Američana Hartman in Davis izoblikovala teorijo o megakoliziji Zemlja-Teia. V tistem daljnem letu Charon še ni bil odkrit in v celotnem osončju sta bila znani natanko dve vrsti satelitov: tisti, ki so radikalno manjši od njihovih planetov (Phobos in Deimos, sateliti velikanskih planetov), in Luna. Bila je edini takrat znani satelit, katerega masa je znašala več kot odstotek mase njenega planeta.
Nenavadna narava tega satelita je zahtevala tudi nekonvencionalno teorijo o njegovem nastanku, še posebej, ker so bile nerodne hipoteze predhodnika, kot je ločitev koščka od Zemlje pod domnevnim delovanjem njenega nekdanjega hitrega vrtenja (hipoteza Darwina, sina Charlesa Darwina), bile nekoliko naivne in jih je bilo enostavno odvrniti. Ta in podobne hipoteze so slabo razložile dejstvo, da je železno jedro Lune majhno v primerjavi z Zemljo in da ni vode (kot je takrat veljalo).
Promocijski video:
V resnici so takrat že odkrili vodo v lunarni skali: Apolon je zemljo prinesel na Zemljo, kjer so jo našli v 60. letih. Toda pripisali so ga prizemnim onesnaževanjem ali meteoritom. Neposredni dokazi detektorjev ionov, ki so zaznali vodo v bližini Apolona, so pripisali tudi zemeljskim onesnaženjem. V lunarni geologiji je deloval pojav, ki ga pogosto pripisujejo humanistiki - znanstveniki so zavračali empirična dejstva, saj se niso ujemala s takrat obstoječimi teorijami o nastanku Selene: v vseh se je najprej topila, torej je morala izgubiti vodo. Znanost tistega časa je predvidevala le eno različico vode, ki je zadela Luno - s kometi. Toda v kozmetični vodi je razmerje med devterijem in vodikom drugačno, v vodi, ki so jo na Luni našli Američani, pa je bilo razmerje teh vodikovih izotopov enako kot na Zemlji. Teorija tistega časa tega ni dopuščala,zakaj je bilo vse pripisano "onesnaževanju zemlje", Selena pa je bila razglašena za popolnoma brez vode.
Vendar drugih značilnosti lunarne zemlje zaradi kopenskega onesnaženja ni bilo mogoče razložiti. Gre za nižjo vsebnost titana in drugih relativno težkih elementov.
Trk Zemlje z drugim planetom.
Takrat, leta 1975, se je v ZDA rodila hipoteza o mega-vplivu (mega-vpliv). V skladu z njo je starodavni planet Theia pred 4,5 milijarde let trčil v Zemljo in super močan udarec je v vesolje vrgel veliko količino materiala z obeh planetov. Luna se je sčasoma oblikovala iz naplavin. Zemeljski satelit je bil pridobljen ne "primarno" (kot na primer sateliti Jupiter), temveč "sekundarni", ki izhaja iz trka velikih nebesnih teles. Odpravljeno je bilo vprašanje, zakaj je masa Selene tako velika v primerjavi z maso same Zemlje - veliko več kot masa satelitov drugih planetov osončja.
Mega Vpliv je tudi enostavno razložil, zakaj je bilo na Luni malo težkih elementov (kar je bilo res) in sploh ni vode (kar je po Apolonovih poletih trmasto nepoznavanje dejstev). Zgornje plasti Zemlje vsebujejo malo težkih elementov - večina jih je potonila navzdol v jedro in spodnje plasti magme. Ko so se planeti trčili, naj bi se naplavine razletele do tisoč stopinj. Vsa voda iz njih bi izhlapela in odletela v vesolje. Ko so ohlajene razbitine oblikovale luno, bi morale biti do zdaj že popolnoma suhe.
Zdi se, da je nekdo zgrešil
Tri celoletna hipoteza je bila videti v redu. Toda že leta 1978 so odkrili Charon, satelit Plutona. Če je Luna 80-krat manj masivna od Zemlje, je Charon le devetkrat lažji od Plutona. Izkazalo se je, da glede videza lune ni nič posebnega. Pojavilo se je naravno vprašanje: kako je to mogoče, saj mora biti trčenje velikih planetov, kot sta Theia in Zemlja, redek dogodek?
Umetnikov pogled na Charona s površine Plutona.
Še bolj neprijetna je bila analiza lunarnih kamnin v laboratorijih in prvi podatki o meteoritih tujerodnega izvora. Izkazalo se je, da je samo Luna izotopno ločljiva od Zemlje, vsi drugi planeti osončja pa so jasno različni. Kako se je to zgodilo, če domnevno Selena vsebuje snov drugega planeta - hipotetično starodavno Theio?
Da bi pojasnili protislovje, je bila spremenjena hipoteza o mega-šoku: kraj rojstva Teia se je smatral za Zemljino orbito, zato je izotopska sestava obeh planetov enaka. Domnevno sta se na njem oblikovala dva planeta, ki sta nato trčila. Ni bilo jasno, zakaj sta se na Zemljini orbiti pojavila dva planeta, drug za drugim pa na orbitah drugih planetov sistema.
Težave so dodali tudi geologi. Pojavilo se je legitimno vprašanje: če je mega trk dveh planetov ogreval Zemljo in njene naplavine, od kod voda na planetu? Po vseh računih bi moral izhlapeti. Teorija o mega-udarcu je že postala izjemno priljubljena, niso je hoteli opustiti, zato je bila podana ideja, da se bo voda na Zemlji pojavila pozneje - prinesli so jo kometi, ki so na planet padli več milijard let. Toda kmalu so ugotovili, da se razmerje izotopov vodika in kisika v kotarski vodi zelo razlikuje od enakega razmerja v kopenski vodi. Voda iz asteroidov je bolj podobna, vendar jih je na njih zelo malo, torej ne morejo biti vir Zemljinih oceanov.
Končno so v 21. stoletju na Luni začeli najti sledi vode. In ko so zagovorniki mega-šok hipoteze predlagali, da so kometi prinesli to vodo, so nizozemski geologi pokazali, da lunarne kamnine ne bi mogle nastati v sedanji obliki brez prisotnosti vode že od samega začetka nastanka satelita. Položaj so ruski astronomi zaostrili: po njihovem mnenju tipično trčenje kometa z Luno pripelje do odhoda več kot 95% vode nazaj v vesolje.
Najbolje od tega, da se je stanje odražalo v članku iz leta 2013 z pripovednim naslovom "Teorija vplivov je izčrpana".
Kako je asteroidno kladivo gradilo luno
Leta 2007 je bilo objavljeno delo znanega fizika N. Gorkavyja "Oblikovanje Lune in binarnih asteroidov", ki je prvič pokazalo, da mehanizem nastanka Lune ni edinstven - nasprotno, ustvaril je ogromno število satelitov v osončju. Le ti sateliti so bili oblikovani predvsem v asteroidih in ne na bolj masivnih planetih.
Scenarij za pojav obeh asteroidnih satelitov in Lune je preprost. Že prvi trki z asteroidi velikosti 10-1000 kilometrov tvorijo obroč izmetnih naplavin okoli planeta, katerih hitrost je večja od prvega kozmičnega (torej ne morejo hitro nazaj). Poznejši asteroidni udari hitro povečajo maso diska - njegovi odpadki "prestrežejo" nove naplavine, ki letijo s planeta. Tisti, ki so leteli v nasprotni smeri vrtenja diska in planeta, od trka z odpadki diska izgubijo hitrost in padejo nazaj na planet. Tisti, ki letijo v isti smeri vrtenja diska in planeta - se pridružijo disku. Večja kot je njegova masa, več naplavin, ki jih izločijo novi asteroidi, lahko zajame. Zaradi vedno več trkov stari naplavin na disku izgubijo energijo in hitrost, lažje se "združijo" ob trku,brez razpršitve po trčenju. Tako se na disku začne oblikovati velik satelit.
V takšnem scenariju se niti Zemlja niti iztrebljeni naplavin ne segrejeta na tisoče stopinj, to je, da zemeljska voda ne zavre niti v zemeljskih oceanih niti kot del Lune. In izotopi v njihovih trdnih kamninah sovpadajo, ker je Selene, kaže, izviral predvsem iz zemeljskih naplavin.
Prav tako postane enostavno razumeti izvor lunarnih morij na delu Lune, ki je obrnjena proti Zemlji (pred približno 3-4 milijardami let se je na površino Lune izlila lava in zamrznila, oblikovala temna morja, ki pokrivajo 16% površine lune in se nahajajo na vidni strani Lune). Če Luna "prestreže" vse naplavine, ki jih asteroidi z Zemlje izločijo, bi jih morala "ujeti" s stranjo, ki je obrnjena proti Zemlji. Zato je na senčni strani satelita veliko manj lunarnih morij.
Kot se v današnjem času pogosto dogaja s hipotezami, lahko več znanstvenih skupin naredi isto odkritje, saj je v strokovno revidiranih revijah veliko člankov in nimajo vsi znanstveniki dovolj časa za njihovo branje. Zaključke Gorkavyja je leta 2014 "ponovno odkrila" moskovska skupina astronomov, leta 2015 pa izraelska. Za zdaj ta hipoteza ni sprejeta le v ZDA, vendar je le vprašanje časa. Protislovja hipoteze o mega-vplivu so nerešljiva, medtem ko nova še ne kaže nasprotja z opaženo resničnostjo.
Kako bo nova teorija spremenila prakso preučevanja in raziskovanja lune
Če je Luna nastala iz zemeljskega materiala, morajo biti na njej svetlobni elementi. Voda s površine je kmalu izhlapela, vendar v krožnopolarnih conah (zlasti v kraterjih) ni Sonca. Radarski podatki podpirajo to hipotezo. To pomeni, da so dogodki, ki so bili videti pred milijardami let, danes ključnega pomena. Če bi bila lunarna voda produkt kometov, bi bila redka in bi se skorajda ohranila v obliki opaznih količin čistega ledu.
Vhodi v cevi za lavo, znotraj katerih je lahko veliko vodnega ledu.
Pomembno je, da poleg krožnopolarnih kraterjev obstajajo tudi drugi kraji na planetu, kjer je možna prisotnost svetlobnih elementov - cevi iz lave. V razmerah nizke lunarne teže imajo takšne vulkanske jame premer do sto metrov, njihova dolžina pa se meri v kilometrih. Plast zemlje z 10 metrov popolnoma varuje notranjost jam pred kozmičnim sevanjem, temperatura v njih pa je vedno stabilna. Ameriški raziskovalci domnevajo, da je tam, tako kot v številnih zemeljskih ceveh lave, lahko čist vodni led. Obstaja veliko vhodov v cevi lunine lave (na sliki zgoraj). Ni boljšega mesta za lunarno raziskovalno bazo.
Krater v morju spokojnosti (Mare Tranquillitatis).
Glede na nove podatke je treba Luno raziskovati ne na nizkih zemljepisnih širinah, kot so to počeli Američani v 60-70-ih, ampak na povsem drugih krajih - bližje polovam. Mimogrede, tam je težko prepričati, da Indijanci in drugi novi udeleženci lunarne dirke pošiljajo svoja vozila. V vsakem poskusu ustvarjanja lunarne baze bo vodni led dragocen vir. Poleg tega v bližnjem polarnem območju Lune ponekod sije sončna svetloba več kot 95% celotnega leta. To bo dodatno poenostavilo podlago. Jasno je, da nihče ne bo koščkov satelita razglasil v lasti prizemne države, toda kot arktične baze bo tisti, ki se bo prvi na tem mestu dobro ujel, imel velike prednosti pri preučevanju lune.
Tako ameriška teorija o nastanku Lune med medplanetarnim trkom trdi, da je Selena suh kos kamna, kjer je malo vode in je le aluvialno. Ruski in kasnejši izraelski postulat kažejo, da je zemeljski satelit nastal zaradi številnih udarcev majhnih asteroidov in je zato bogat z vodo. Tisti, ki bo prvi ugotovil, katera od teorij je pravilna, bo dobil velik napredek pri razvoju lunarne vode. Prav ona bo postala ključni vir, brez katerega niti lunarna baza niti podrobna študija Lune na splošno ni mogoča.