Tamás Ferenc: Naprendszer elemei – Hold

A Föld Holdja, vagy röviden a Hold anyabolygónk egyetlen, így legismertebb kísérője. Már az emberiség hajnala óta ismerték, hiszen az éjszakai égbolt jellegzetessége. Alakja közel tökéletes gömb. Mérete az anyabolygóhoz képest igen nagy, ezzel okozva a földi tengerek árapály-jelenségét. A Hold ezzel valószínűleg nagyban hozzájárult a földi élet kialakulásához. Eredetéről viták folynak: lehet, hogy a Föld egy kiszakadt része, de lehet egy az ősidőkben befogott égitest is. Elég közeli léte miatt könnyen kutatható és ez az egyetlen égitest, ahol már járt az emberiség.

(Képen: Az Apollo-11 legénységének felvétele a Holdról; kép eredetije: https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/40th/images/apollo_image_25.html)

A szikár adatok:

• Tömeg: 7,35*10²² kg = kb. 1,2%-a a Földnek.
• Egyenlítői átmérő: 3476,2 km = kb. 27%-a a Földnek.
• Térfogat: 2,19*10¹⁰ km³ = kb. 2%-a a Földnek.
• Átlagos sűrűsége: 3,34 g/cm³.
• Átlagos távolság a Földtől: 384400 km.
• Összetétele: (főleg) kő.
• Felszíni gravitáció: 1,62 m/s².
• Keringési idő a Föld körül: 27,32 nap.
• Forgási idő: 27,32 nap.

A Hold mérete igen nagy. Ez nem csupán az anyabolygóhoz viszonyítottan igaz, hanem az egész Naprendszerben is. Nála csak négy nagyobb hold van: a Jupiter három Galilei-holdja (Ganümédész, Callisto, Ió) és a Szaturnusz Titán nevű holdja. Kötött keringése miatt mindig ugyanazt az oldalát mutatja a Föld felé.

A Hold mindig is nagy jelentőségű volt az emberiség történelmében. Sok vallás istenként tisztelte. Közelsége miatt ez volt a legelső égitest, amelyet nem csupán távcsővel, hanem radarhullámokkal is megfigyeltek még 1946-ban az USÁ-ból. Már 1959-től aktívan kutatták az égitestet először a szovjet, majd az amerikai szondák. 1966-ban az első sikeres holdraszállást a szovjet Luna-9 szonda hajtotta végre, majd az amerikaiak óriási összegeket beleölve felpörgették a holdprogramjukat, melynek eredményeként elsőként Neil Armstrong és Buzz Aldrin szállt le a Holdra 1969. július 20-án, pontosabban a Nyugalom Tengerében érték el a felszínt. (Mare Tranquilitatis) Bár a Szovjetuniónak is megvolt a maga holdprogramja, de ezt az amerikaiak sikere miatt törölték. Az eredetileg hosszabbra tervezett amerikai programot közben pénzügyi okokból jelentősen lerövidítették és csupán hat űrhajó szállt le égi kísérőnk felszínére 2-2 űrhajóssal: az első csapat után Apollo-12, -14, -15, -16 és -17. Az utolsó ember 1972. decemberében járt a Holdon.

Érdekes gondolattal játszott el a "For all mankind" c. sorozat. Alapötlet: a Szovjetuniónak sikerült először a Holdraszállás. Így az űrverseny folytatódott, például 1994-ben már elértek a Marsig. Érdemes megnézni – nagyon izgalmas!

(Képen: Buzz Aldrin, az Apollo-11 űrhajósa tiszteleg az amerikai zászlónak.
Kép eredetije: http://www.spaceflightinsider.com/space-flight-history/spaceflight-heritage-apollo-11/)

A Hold rég halott, légkör nélküli égitest. Felszínének nagy részét kráterek és keletkezése után nem sokkal képződött hegységek alkotják. A légkör hiánya miatt a kráterek képződése a mai napig folytatódik. Az egészen nagy kráterektől egészek a pár milliméteres kis alakzatokra is van bőven példa. Ráadásul ezek az alakzatok meg is maradnak, hiszen égi kísérőnknek nincsen légköre, ami a csúcsos alakzatokat, illetve a sziklák élét lecsiszolná.

Az éjszakai -180^oC-os és a napfényes +140^oC-os hőmérséklet-különbség jelentős hőterhelést ad a felszíni szikláknak, melyek egy része ezáltal igen finom porrá őrlődött az idők során. A felszínt borító porréteg további származása a mikrobecsapódásoknak, valamint a napszélnek is köszönhető. Ez a hármas hatás az évmilliárdok során pár centiméternyi finom porréteggel lepte be a Hold felszínét. A púderfinomságú porréteg igen laza, de az Apollo-program fent járt tagjai szerint jól lehet járni rajta. Nehézséget viszont az adott, hogy a finom por mindent belepett, rátapadt a ruhákra, valamint részben eltömítette a hűtőrendszert is.

(Képen: Buzz Aldrin lábnyoma a Holdon – képi bizonyíték a holdpor viselkedésére
Kép eredetije: https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_69.html)

A földi távcsövekkel megfigyelve a Hold felszínén két különböző felszíni forma létezik: a sötét foltokat tengereknek (latinul: mare) nevezték el, míg a világosabbakat szárazföldnek (latinul: terra). A mare részek régi, óriási becsapódások nyomai (több milliárd évesek), melyet a mélyből feltörő bazaltláva töltött fel. A világosabb területek az ősi megszilárdult holdkérget képviselik. További furcsaság, hogy a holdtengerek nagyrészt a Föld felé néző oldalon vannak, ugyanis a túloldalon csak a Ciolkovszkij-kráter tekinthető mare területnek, de ez meglepően kicsi. A Hold több milliárd éves történelme számos becsapódás nyomát viseli, melyek közül néhány akkora volt, hogy a lökéshullám hegyláncokat gyűrt fel. A legnagyobb, így keletkezett hegységek a holdi déli sark környékén vannak, magasságuk 6100 métert is eléri.

A Hold belső szerkezete a mérések szerint elég összetett. A meglehetősen kicsi belső magot egy külső mag veszi körül. Ezek közül a külső lehet olvadt. Utána jön egy köztes réteg, majd az égitest anyagának nagy részét kitevő köpeny jön, végül a legkülső héj következik.

(Kép eredetije: https://en.wikipedia.org/wiki/Moon)

 

A holdi szondák mérései alapján égi kísérőnk belső szerkezete meglehetősen változékony, ezért a gravitációs mezője sem homogén, azaz vannak kisebb-nagyobb csomók a régen egységesnek gondolt mezőben. A Holdnak nincsen a Földről ismert mágneses mezője (valószínűleg a nagyméretű olvadt mag hiánya miatt), így nem beszélhetünk globális értelemben vett mágneses térről. Ennek ellenére vannak kisebb-nagyobb mágneses terek, de ezek ereje szinte elhanyagolható.

A Hold kutatása három külön korszakra bontható. Eleinte a szovjet Luna- és az amerikai Pioneer-program vetélkedett. Az 1960-as években végrehajtott szondaindítások fő célja a megfelelő emberi leszállóhely keresése volt. Ezt a korszakot követte az amerikaiak sikere, az Apollo-program. Még John F. Kennedy elnök hirdette meg 1961-ben a főleg politikai megfontolásokkal vezérlet programot, mely szerint még az évtized vége előtt az USA embert fog szállítani a Holdra. Számos próbálkozás után az Apollo-11 szállt le a Hold felszínére. Ott hangzott el a legendássá vált mondat: „That's one small step for a man. One giant leap for mankind.” (Kis lépés az embernek. Hatalmas ugrás az emberiségnek.)

A teljes kiküldetésről szóló NASA-filmet itt lehet megnézni:

Ezen belül a nevezetes pillanat 16:10 után következik…

Az Apollo-program során az űrhajósok és a földi tudósok a világrengető diadal mellett számos tudományos eredményt is elértek. A Hold felszínén hagyott tárgyak és műszerek már nem működnek, de a passzív eszközök, pl. lézertükör a mai napig kiváló állapotban vannak. A politikai sikernek szánt legelső leszállás után az újabb leszállások kőzettanilag és tudományosan érdekesebb helyeken történtek meg. A lenti képen Davis Scott, az Apollo-15 űrhajósa használja a korabeli legjobb kamerát a leszállás helyétől több kilométernyire. A háttérben látszik a felszínen használt holdjáró.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/images.html)

Sokan nem hiszik, hogy valóban megtörtént a Holdra szállás. A NASA 2000 után pár évvel honlapján letölthetővé tette az összes fent készült kép eredetijét – maximális felbontásban. A fenti képen éppen ezért láthatóak az akkori technikához nélkülözhetetlen kis fekete keresztek. A NASA honlapján hozzáférhető a teljes kép- és videóanyag. URL: https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/images.html illetve: https://www.nasa.gov/mission_pages/apollo/videos.

A Google is összefoglalta a holdmissziók által készített képeket. A következő honlapra kattintva rá lehet közelíteni az egyes űrhajó-leszállási helyeket készített képekre: https://www.google.com/moon/. Az egyes fenti képeket össze is illesztették és így 3D-ben lehet körbejárni az egyes holdi helyszíneket a Google Earth (ingyenes) program segítségével. Az alábbi képrészlet is ebből a programból van:

Az Apollo-program számos történelmi fotót készített. Az űrhajósok szerint a legőrültebb látvány viszont a Földfelkelte látványa. Ezt a nevezetes fotót az Apollo-8 készítette (1968.dec. 24-én, karácsony este), amely előkészítő munkát végzett.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1249.html)

Az amerikai emberes holdprogram végeztével jelentősen csökkent a világhatalmak érdeklődése a Hold iránt. Az újabb kort 1990-ben nyitotta meg a japán Hiten szonda, majd ezt követte az 1994-es amerikai Clementine, aztán az 1998-as Lunar Prospector. Az első európai holdszonda 2003-ban szállt fel (SMART-1 néven). Kína 2007. okt. 24-én bocsájtotta fel a Holdat vizsgáló Chang’e 1 szondát, melynek célja a Hold felszínének igen részletes feltérképezése és egy 3-dimenziós térkép készítése volt. A szonda célja többek között a különféle kémiai elemek felszíni előfordulásának és gyakoriságának feltérképezése volt. A 2010.okt.1-én felbocsájtott Chang’e 2-es már 5 nap alatt érte el a Holdat szemben elődje 12 napos repülési idejével. Célja: a Hold még részletesebb lefényképezése volt. Ez után elhagyta a Hold körüli pályát, majd a Föld és a Nap közötti L2-es Lagrange-pont felé ment a TT&C hálózat tesztelése végett. Ennek elvégzése után 2012.dec.12-én megközelítette a 4179 Toutatis aszteroidát, végül a mélyűrbe indult a TT&C hálózat további tesztelésére.

Utána a felszínre leszálló szondák következtek. A Chang’e 3-ast 2012.dec.2-án lőtték fel, majd 12 nap múlva sikeresen landolt a Hold felszínén. Magával vitte a Yotu nevű 140 kg-os kis holdjárót. amelynek segítségével 3 hónap alatt 3 négyzetkilométeres környezetet vizsgáltak meg. Ugyancsak elvégezték a galaxismagok, az aktív galaxisok, a változó csillagok, a binárisok, a nóvák, a kvazárok és a blazárok ultraibolya spektrumú megfigyelését, beleértve a Föld plazmaszférájának szerkezetét és dinamikáját.

A Chang’e 4 eredetileg 2015-re volt betervezve, de csak 2018. dec. 7-én lőtték fel. Azonban messze ez lett az eddigi legsikeresebb kínai Hold-misszió. 2019. jan. 3-án landolt a Hold Földdel ellentétes (tehát a soha nem látható túlsó) oldalán az ottani déli sark közelében lévő Aitken-medencében és a Yotu-2 holdjárót is magával szállította.

(Képen: a Yotu-2 rover. Kép eredetije: https://spaceflightnow.com/2020/01/06/china-publishes-change-4-data-one-year-after-first-landing-on-far-side-of-the-moon/)

A szonda az eredetileg tervezett három hónapos üzemidejét jócskán meghaladva ontja magából a képeket és az adatokat már több, mint egy éve; ráadásul e közben több száz métert is megtett.

A sorozatban következő Chang’e 5-ös lett az első olyan kínai szonda, amely mintákat hozott vissza a Holdról. (Ezt először a szovjet Lunar-24 robotszonda tette meg még 1976-ban.) A mintegy 2 kg kőzet 2020. dec. 16-án helyi idő szerint késő éjjel landolt Belső Mongóliában, Kína északi részén. A vizsgálatok szerint ez a legkorábbi holdi kőzetminta, mivel mindössze 1,2 milliárd éves. (A NASA űrhajósai által gyűjtött minták 3,1-4,4 milliárd évesek.) A minták segítenek a tudósoknak megérteni, hogy mi történt a Hold történetének késői szakaszában, valamint hogyan fejlődött a Föld és a Naprendszer.

2023 márciusi hír: A kínai Csang-o–5 szonda által gyűjtött minták elemzéséből kiderült, hogy a Hold felszínén elszórva található apró üveggyöngyök akár 270 milliárd tonna vizet is tartalmazhatnak, amit a jövőbeni Hold-missziók során az űrhajósok kinyerhetnek és felhasználhatnak. Maga a szonda 2020 decemberében tért vissza tartályában a holdi talajmintával, amelyekben sok ilyen apró üveggyöngyöt fedeztek fel a kutatók.

(Kép forrása: https://qubit.hu/2023/03/28/tobb-milliard-tonna-vizet-rejthetnek-a-hold-felszinen-talalhato-apro-uveggyongyok)

Az anyagmintagyűjtésen kívül további kísérletet is végeztek a kínai szakemberek: a szonda fedélzetén növényi magvakat is vitt magával: rizs, orchideák, lucerna és zab magjai utaztak. Ezek célja az volt, hogy a növényi magvakra miként hat a súlytalanság és a kozmikus sugárzás. Okozhat-e mindez a genetikai mutációkat, illetve milyen hatással van a növények fejlődésére, terméshozamára. A Chang’e–5 biológiai kísérletei folytatását jelentik a kínai űrkutatás által már csaknem 40 évvel ezelőtt (1980-as évek) megkezdett űrbiológiai kísérleteknek.

(Kép forrása: https://www.csillagaszat.hu/hirek/sikeresen-visszatert-a-kinai-holdszonda-44-ev-utan-ismet-kozetmintak-erkeztek-egi-kiseronkrol/)

Az utána tervezett Chang’e 6-os már nem csupán kínai eszközöket fog vinni, mivel a francia űrügynökség is beszáll a Hold exoszférájának és vízciklusának mérésére szolgáló műszerekkel. Ezt s szondát eredetileg a Chang’e-5 tartalékjának szánták, amely a Hold déli sarki régiójából fog visszahozni kőzetmintákat. Ez még sok mindentől függ, többek között a landolás pontosságától, illetve a kommunikációs lehetőségektől is. Tervezett indítás: 2024. A következő, 7-es jelű szonda már a vízjég jelenlétét fogja kutatni a déli sark közelében. A 2027 körül tervezett 8-as sorszámú szonda elsődleges célja az állandó holdi bázis létrehozásához szükséges technológiák tesztelése. Az automata missziók után a 2030-as évekre tervezi Kína az első emberes holdküldetését.

A 2007 és 2009 között működő japán Kayuga (Selene) szonda, valamint a 2008-as indiai Chandrayaan I és a 2013-as Chandrayaan II szonda is újabb kutatásokat végzett. Sajnos ez utóbbi a leszállás előtt elvesztette a kapcsolatot az irányítóközponttal. A Chandrayaan-3 jelenlegi tervezett felbocsájtása az orosz-ukrán háború miatt 2023 első negyedévére csúszott.

Az újabbnál újabb szondák célja egyértelmű: előkészíteni egy esetleges holdfelszíni emberi kutatóállomást. Újabb ötletként merült fel, hogy mégsem felszíni állomás készül el, hanem egy Hold körül keringő DSG (Deep Space Gateway = Mélyűri Űrkitötő). A Hold kutatása, illetve bányászati felhasználása célpont lehet a magáncégek számára is. Kérdés, hogy ezen ötletekből mi valósulhat meg. A lenti kép egy ilyen lehetséges felszíni települést próbál megjósolni. Kép eredetije: https://www.popsci.com/colonizing-moon-may-be-90-percent-cheaper-we-thought

2022 végén, illetve 2023-ban viszont egyszerre hat nemzeti is tervez újabb lépést égi kísérőnk felé. Ezekből a legnagyobb visszhangot a NASA Artemis-küldetése kapja a maga 93 milliárd dolláros költségvetésével.  Ennek legelső lépése az Artemis I személyzet nélküli repülési teszt volt 2022 végén, amely kutatja az emberiség visszatérési lehetőségét a Holdra és tovább, a mélyűri küldetésekre. A repülés során az űrszonda a világ legerősebb rakétáján indult és messzebbre repült, mint bármelyik ember számára épített űrhajó valaha. 280 000 mérföldet (kb. 451 ezer km) tett meg a Földtől, több ezer mérföldre a Holdon túl több hetes küldetés során. Az Orion tovább maradt az űrben, mint az űrhajósok bármelyik hajója anélkül, hogy egy űrállomáshoz kapcsolódott volna. A küldetés egyértelmű célja: az emberes űrrepülések előkészítése. Az Orion a felbocsájtás után több apróbb műholdat is kibocsájtott, majd elkezdte a Hold felé napokig tartó útját. Az Orion kb. 100 km-re közelítette meg égi kísérőnk felszínét, majd a Hold gravitációs erejét kihasználva egy retrográd pályára áll rá, amely kb. 70 ezer km-re volt a Holdtól. Az Orion 6 napig maradt pályán, mialatt minden rendszerét alapos tesztnek vetették alá. Visszatéréskor az űrhajó 60 mérföldre (kb. 96 km) közelíti meg a felszínt, majd egy pontos hajtóműlökettel ráállt a Föld felé tartó pályára.

(Kép eredetije: https://www.nasa.gov/sites/default/files/styles/full_width_feature/public/thumbnails/image/artemis_i_3_28_22.jpg)

Az Orion rendszer lényege az újrafelhasználás, így minél több elemet terveznek újbóli felhasználásra. A tervek szerint az Artemis II már emberi űrrepülés lesz, amelyben az űrhajósok megépítik és tesztelik a Hold közeli rendszereket. Ezek szükségesek a Hold felszíni, illetve a későbbi, Mars felé tartó küldetésekhez is. A későbbi, mélyűri küldetéseket már a Hold körüli pályáról tervezik indítani.

A dél-koreai KPLO (Korean Pathfinder Lunar Orbiter) célja szintén a Hold kutatása, valamint annak bizonyítása, hogy immár Dél-Korea is képes erre a teljesítményre. Indítás: 2022. aug. 4-én történt. Célja: a Hold minél pontosabb feltérképezése és fényképezése a min. 1 évig tartó keringés alatt. További célja: az űrbeli internet kipróbálása.

(Kép eredetije: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/thumbnail/kplo.gif)

Az űrszonda kocka alakú, két napelem szárnnyal és egy gémre szerelt parabola antennával. A teljes tömeg 550 kg. A tudományos hasznos teher össztömege körülbelül 40 kg. A szonda várhatóan 2022. dec. 16-án éri el a Hold körüli pályát, ahol 100 (± 30) km-re a felszín felett fog keringeni.

2022-ben Japán is tervez egy Hold-szondát indítani. A Japán SLIM (Smart Lander for Investigating the Moon) várhatóan még idén útra fog kelni és olyan pontossággal kísérel meg leszállni, amit még egyetlen másik küldetés sem teljesített korábban. Másik lehetőség: a tokiói ispace magáncég. Ők a Holdon kutatnak víz után. A cég távoli célja, hogy 2040-re évente 1000 embert fel tudjanak vinni a Holdra, így kialakítva ottani 10ezer fős kolóniát. Érdemes megnézni a honlapjukat is: https://ispace-inc.com/.

A magáncégek segítségével tervez eljutni a Holdig az Egyesült Arab Emírségek is. Ez a Rashid nevet viseli. Ez egy másik határt is átlép, mivel a tervek szerint magáncég fogja indítani, mivel a Rashid leszállóegységét az ispace tervezte, ezeket pedig egy SpaceX rakéta fogja felbocsátani.

Még az űrverseny korában Oroszország sikeres szondákat küldött a Holdra, de a verseny elvesztése után ezt a programot leállították. Az 1976-os holdi küldetés után most 2022-ben tervezik a következő, Luna-25 nevű (másképp: Luna-Glob-Lander) leszállóegységet felküldeni. Cél: a Hold déli sarkvidéke. A küldetésnek két fő tudományos célja: a sarki regolit összetételének tanulmányozása, valamint a Hold sarki exoszférájának plazma- és porkomponenseinek tanulmányozása. A leszállóegység négylábú alappal rendelkezik, amely a leszálló rakétákat és hajtóanyag-tartályokat tartalmazza, egy felső rekeszben a napelemek, a kommunikációs berendezések, a fedélzeti számítógépek és a legtöbb tudományos berendezés található. Száraz tömege körülbelül 800 kg, és várhatóan körülbelül 1000 kg hajtóanyag lesz az indításkor. A leszállóegységben van egy Lunar Robotic Arm (LRA) a felszíni regolit eltávolításához és összegyűjtéséhez, valamint 6 tudományos műszer is. A szonda a jelenlegi tervek szerint 2022 szeptemberben indul Szojuz-2 hordozóval. Az egység várhatóan egy évig fog működni a Hold felszínén.

(Kép eredetije: https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/thumbnail/luna_25_lavochkin_sm.jpg)

A Holdat sokáig csak hivatalos, állami cégek vizsgálták, illetve szálltak le oda. Ám 2023. ápr. 25-én a japán Ispace űrkutatási vállalat pillanatokkal a tervezett landolási idő előtt elvesztette a kapcsolatot a kereskedelmi Hold-szondájával.