Choç ten pozbawiony atmosfery satelita
Ziemi by∏ pierwszym cia∏em niebieskim,
które bada∏y statki kosmiczne, i pozosta-
je jedynym, na którym wylàdowa∏ cz∏o-
wiek, naukowcy wcià˝ nie znajà jeszcze
odpowiedzi na wiele pytaƒ dotyczàcych
jego historii, sk∏adu chemicznego i budo-
wy wewn´trznej. Niedawno badacze we-
zwali wi´c do wznowienia eksploracji Ksi´-
˝yca: Europejska Agencja Kosmiczna i
Japonia planujà umieÊciç sondy na orbi-
cie wokó∏ksi´˝ycowej, NASA zaÊ rozwa˝a
mo˝liwoÊç làdowania bezza∏ogowego stat-
ku na niewidocznej stronie naszego sateli-
ty. Niewykluczone, ˝e te badania Ksi´˝y-
ca pomogà wyjaÊniç histori´ skalistych
planet wewn´trznego Uk∏adu S∏oneczne-
go – Merkurego, Wenus, Marsa, a zw∏asz-
cza Ziemi. Poznanie powierzchni Ksi´˝yca,
która przez ostatnie 3 mld lat praktycznie
si´ nie zmieni∏a, mo˝e byç kluczem do zro-
zumienia procesów powstawania i ewolu-
cji tych planet.

Gdy 400 lat temu astronomowie po raz

pierwszy spojrzeli na Ksi´˝yc przez te-
leskop, stwierdzili, ˝e jego powierzchni´
stanowià g∏ównie dwa rodzaje terenu
– jasne, nierówne, g´sto pokryte kratera-
mi wy˝yny i ciemne niziny z nielicznymi
kraterami (w j´zyku polskim wy˝yny te
nazywa si´ làdami – przyp. red.). Gali-
leusz, wynalazca teleskopu, nazwa∏ ciem-

niejsze, g∏adkie obszary nizinne maria (po
∏acinie – morza). Jednà z najwi´kszych
niespodzianek ery kosmicznej okaza∏y si´
wykonane w 1959 roku przez radziecki
statek ¸una 3 zdj´cia nigdy dotàd nie-
oglàdanej przez cz∏owieka odwrotnej stro-
ny Ksi´˝yca. Zobaczono na nich, ˝e nie
ma tam prawie w ogóle ciemnych mórz,
które dominujà po widocznej stronie.
Chocia˝ od tego czasu powsta∏o kilka teo-
rii usi∏ujàcych wyt∏umaczyç tak diame-
tralnie odmienne ukszta∏towanie po-
wierzchni obu stron Ksi´˝yca, zagadka
ta do dziÊ pozostaje nierozwiàzana.

Analizy ksi´˝ycowego gruntu i ska∏

przywiezionych na Ziemi´ przez astro-
nautów ze statków Apollo i bezza∏ogowe
làdowniki ¸una umo˝liwi∏y badaczom
wglàd w ewolucj´ naszego satelity. Sà
dowody na to, ˝e Ksi´˝yc powsta∏ oko∏o
4.5 mld lat temu, gdy dosz∏o do kolizji
m∏odej Ziemi z cia∏em niebieskim wiel-
koÊci Marsa, w wyniku czego chmura wy-
parowanych ska∏ wzbi∏a si´ na orbit´ oko-
∏oziemskà, gdzie drobny materia∏ skalny
po∏àczy∏ si´ w jeden obiekt wi´kszych roz-
miarów. Ów proces kumulacji przebiega∏
tak szybko, ˝e wydzielone w jego trakcie
ciep∏o stopi∏o zewn´trzne cz´Êci powsta-
jàcego globu, tworzàc pokrywajàcy ca∏y
Ksi´˝yc ocean p∏ynnych ska∏, czyli mag-
my. Skorupa ksi´˝ycowa wykszta∏ci∏a si´

NASA

Srebrny Glob

niech´tnie zdradza nam swoje tajemnice.

Znowu

na

Ksi´˝yc?

PAUL D. SPUDIS

Ostatnie misje ksi´˝ycowe

wykazujà, jak ma∏o

wcià˝ wiemy o naszym kosmicznym sàsiedzie

STYCZE¡ 2004

ÂWIAT NAUKI

41

PO¸UDNIOWY BIEGUN KSI¢˚YCA pokazany jest tu jako mozaika 1500 zdj´ç

wykonanych w 1994 roku przez optycznà kamer´ sondy Clementine

fotografujàcà w ultrafiolecie. Biegun znajduje si´ w Êrodku, a brzeg

odpowiada 70° szerokoÊci ksi´˝ycowej po∏udniowej. Clementine

i Lunar Orbiter dostarczy∏y dowodów na wyst´powanie lodu wodnego

w wiecznie zacienionych obszarach oko∏obiegunowych Ksi´˝yca.

póêniej z minera∏ów o stosunkowo ni-
skiej g´stoÊci, które wyp∏yn´∏y na po-
wierzchni´ tego magmowego oceanu.

Po tej wczesnej fazie formowania

Ksi´˝yca nastàpi∏o intensywne bombar-
dowanie jego powierzchni przez kome-
ty, planetoidy i meteoroidy. Niektóre z
wi´kszych cia∏ wybi∏y olbrzymie niecki
o Êrednicach przekraczajàcych 2000 km.
W ciàgu kolejnych 300–400 mln lat
wi´kszoÊç kraterów i niecek, zw∏aszcza
tych znajdujàcych si´ po widocznej stro-
nie Ksi´˝yca, wype∏ni∏a si´ bogatà w ˝e-
lazo lawà bazaltowà. Tak powsta∏y wi-
doczne dzisiaj ciemne morza. W miar´
up∏ywu czasu bombardowanie stopnio-
wo s∏ab∏o, a uderzenia stawa∏y si´ co-
raz rzadsze i l˝ejsze, co t∏umaczy, dla-
czego na morzach, które sà m∏odsze od
làdów, wyst´pujà mniejsze kratery i jest
ich mniej. Od oko∏o 3 mld lat na Ksi´˝y-
cu niewiele si´ dzieje – po wygaÊni´ciu
wulkanów jedyna aktywnoÊç na jego po-
wierzchni to sporadyczne powstawanie
kraterów uderzeniowych, nieustanny
deszcz mikrometeorytów i szeÊç króciut-
kich wizyt z∏o˝onych przez 12 astronau-
tów ponad 30 lat temu.

Poniewa˝ Ksi´˝yc doÊwiadczy∏ zarów-

no aktywnoÊci wulkanicznej, jak i ude-
rzeniowej oraz tektonicznej, mo˝e byç
kluczem do zrozumienia tych procesów.
Ze wzgl´du na swoje stosunkowo nie-
wielkie oddalenie od Ziemi jest wr´cz
idealnym miejscem do badaƒ procesów
planetarnych, które zachodzi∏y w tej cz´-
Êci Uk∏adu S∏onecznego w jego wcze-
snej historii. Niemal wszystkie Êlady po
kometach i planetoidach, które uderzy-
∏y w Ziemi´ przed miliardami lat, zosta-
∏y zatarte na aktywnej geologicznie po-
wierzchni naszej planety, zachowa∏y si´
natomiast na Ksi´˝ycu, gdzie mo˝na je
odnaleêç i zbadaç.

Choç misje Apollo dostarczy∏y sporo

informacji, po zakoƒczeniu tego progra-
mu wcià˝ wiele kwestii pozostawa∏o nie-
wyjaÊnionych. Badacze doszli do wnios-
ku, ˝e potrzebna jest ca∏oÊciowa mapa

Ksi´˝yca wykonana za pomocà ró˝no-
rodnej aparatury telemetrycznej. Przed-
smak fascynujàcych odkryç, które
mog∏yby przynieÊç takie badania po-
wierzchni na skal´ globalnà, da∏y na
poczàtku lat dziewi´çdziesiàtych dwa
przeloty sondy Galileo przez uk∏ad Zie-
mia–Ksi´˝yc w jej drodze ku Jowiszo-
wi. Na po∏udniowej pó∏kuli po stronie
niewidocznej na dnie najwi´kszej ksi´-
˝ycowej niecki, basenu Biegun Po∏udnio-
wy-Aitken (SPA – South Pole-Aitken),
naukowcy znaleêli niespodziewanie
oznaki ska∏ bogatych w ˝elazo. Galileo
wykona∏ tak˝e mapy niektórych mórz
przy u˝yciu specjalnych filtrów umo˝-
liwiajàcych ustalenie sk∏adu chemicz-
nego powierzchni; okaza∏o si´, ˝e da si´
wykorzystaç satelitarne dane teleme-
tryczne do okreÊlenia kolejnoÊci prze-
p∏ywów lawy tworzàcej dna mórz.

Làdy i morza

W

1994 ROKU

Departament Obrony USA

wystrzeli∏ sond´ Clementine, która mia∏a
za zadanie po wejÊciu na biegunowà or-
bit´ oko∏oksi´˝ycowà przetestowaç czuj-
niki przeznaczone dla amerykaƒskiego
systemu obrony przeciwrakietowej. Krà-
˝àc wokó∏ Ksi´˝yca przez 71 dni, Clemen-
tine wykona∏a kompletnà map´ jego
powierzchni w 11 d∏ugoÊciach fali w za-
kresie widzialnym i bliskiej podczerwie-
ni. Sonda wyposa˝ona by∏a równie˝ w
dalmierz laserowy, dzi´ki któremu po raz
pierwszy uda∏o si´ sporzàdziç topogra-
ficznà map´ ca∏ego Ksi´˝yca. Ponadto
radiolokacja orbity sondy dostarczy∏a in-
formacji o polu grawitacyjnym Ksi´˝yca
i w wyniku zaimprowizowanego ekspe-
rymentu radarowego wysnuto frapujàce
przypuszczenie, ˝e w wiecznie zacie-
nionych kraterach w pobli˝u bieguna
po∏udniowego wyst´puje lód wodny.

Po zakoƒczeniu misji Clementine w

1998 roku NASA umieÊci∏a na biegu-
nowej orbicie ksi´˝ycowej Lunar Pro-
spector, sond´ z serii Discovery, która
wykona∏a map´ sk∏adu chemicznego po-

wierzchni Ksi´˝yca za pomocà spektro-
skopii neutronowej i promieniowania
gamma, potwierdzajàc wyst´powanie lo-
du w pobli˝u bieguna po∏udniowego i
znajdujàc dodatkowo jego pok∏ady na
biegunie pó∏nocnym. Spektrometr czà-
stek alfa zmierzy∏ emisj´ gazu z wn´trza
Ksi´˝yca, magnetometr zaÊ pozwoli∏
opracowaç map´ lokalnych anomalii
magnetycznych na jego powierzchni.
Dzi´ki radiolokacji orbity sondy Lunar
Prospector pog∏´bi∏a si´ nasza wiedza o
strukturze pola grawitacyjnego Ksi´-
˝yca. Kresem misji by∏o zaplanowane
rozbicie sondy o powierzchni´ Ksi´˝yca,
które mia∏o uwolniç par´ wodnà zawar-
tà w gruncie. Naziemne i kosmiczne te-
leskopy nakierowane na miejsce zderze-
nia po to, by zaobserwowaç delikatny
ob∏ok pary, niczego jednak nie wykaza∏y.

Umieszczajàc odkrycia Apollo w glo-

balnej perspektywie, pomiary wykonane
przez Clementine i Lunar Prospector sk∏o-
ni∏y naukowców do zrewidowania poglà-
dów na temat Ksi´˝yca i jego historii. Na
przyk∏ad na terenie Oceanu Burz, olbrzy-
miej depresji w zachodniej cz´Êci strony
widocznej, astronauci z Apollo 12 i Apol-
lo 14 znaleêli nietypowe ska∏y bazaltowe,
zawierajàce du˝e iloÊci pierwiastków Êla-
dowych, okreÊlanych ∏àcznie akronimem
KREEP (K oznacza potas, REE – rare-
-earth elements – pierwiastki ziem rzad-
kich, a P – fosfor). Geolodzy nazywajà te
Êladowe pierwiastki niemieszalnymi, gdy˝
nie wpasowujà si´ dobrze w struktur´
krystalicznà minera∏ów tworzàcych za-
zwyczaj ska∏y. ObecnoÊç ska∏ bogatych w
KREEP Êwiadczy, ˝e wczesny Ksi´˝yc
przeszed∏ faz´ intensywnego topnienia i
ró˝nicowania, w wyniku czego pierwiast-
ki niemieszalne skupi∏y si´ w stopionej
cz´Êci krystalizujàcego si´ uk∏adu. Dzi´-
ki sondzie Lunar Prospector wiemy, ˝e
najwi´ksze koncentracje KREEP wyst´pu-
jà na Oceanie Burz, aczkolwiek przyczy-
na tego faktu pozostaje nieznana.

Sondy ksi´˝ycowe potwierdzi∏y tak-

˝e, ˝e na obszarach jego làdów domi-
nuje anortozyt – ska∏a magmowa sk∏ada-
jàca si´ g∏ównie ze skalenia, zawierajàca
du˝e iloÊci wapnia i glinu. Ska∏y takie
powsta∏y we wczesnym okresie istnie-
nia Ksi´˝yca, kiedy to ca∏a jego ze-
wn´trzna warstwa znajdowa∏a si´ w sta-
nie p∏ynnym; odznaczajàcy si´ niskà
g´stoÊcià anortozyt unosi∏ si´ na po-
wierzchni oceanu magmy. Chocia˝
naukowcy na podstawie próbek zebra-
nych przez misje Apollo ju˝ wczeÊniej

42

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2004

n

W latach dziewi´çdziesiàtych na podstawie danych dostarczonych przez sondy Clementine

i Lunar Prospector sporzàdzono globalne mapy topograficzne, sk∏adu chemicznego
powierzchni, rozk∏adu pola grawitacyjnego i anomalii magnetycznych.

n

Wyniki potwierdzi∏y odkrycia dokonane przez misje Apollo, ale pojawi∏y si´ te˝ nowe pytania.

W szczególnoÊci naukowcy chcieliby si´ dowiedzieç czegoÊ wi´cej na temat intensywnego
bombardowania, jakiemu poddany zosta∏ Ksi´˝yc mniej wi´cej 4 mld lat temu.

n

Europejska Agencja Kosmiczna, Japonia i USA planujà wys∏anie na Ksi´˝yc kolejnych

statków bezza∏ogowych w celu rozwiàzania najbardziej nurtujàcych zagadek.

Przeglàd /

Tajemnice Ksie˝yca

podejrzewali, ˝e by∏a taka faza w dzie-
jach Ksi´˝yca, jednak ostateczny dowód
przynios∏y dopiero dane dostarczone
przez Clementine i Lunar Prospector.
Wykaza∏y one, ˝e znaczne iloÊci anor-
tozytu pokrywajà ca∏y glob. Poniewa˝
jedynym êród∏em ciep∏a, które roztopi-
∏o ca∏y Ksi´˝yc, mog∏a byç gwa∏towna
akumulacja drobnych cia∏, obecnoÊç w
skorupie du˝ej iloÊci anortozytu potwier-
dza teori´, wedle której Ksi´˝yc powsta∏
ze szczàtków kolizji planetarnej.

WyjaÊniono równie˝ jedno z bardziej

zagadkowych odkryç misji Apollo – nie-
zwykle du˝à zawartoÊç tytanu w bazal-
tach wyst´pujàcych na obszarach mórz,
zebranych podczas pierwszego làdowa-
nia astronautów z Apollo 11. Ksi´˝ycowi
geolodzy stan´li przed karko∏omnym za-
daniem wyt∏umaczenia, w jaki sposób bo-
gata w tytan bardzo g´sta magma mog∏a
przebiç si´ przez rzadszà skorup´ anorto-
zytowà. Clementine i Lunar Prospector
pokaza∏y, ˝e bogata w tytan lawa w rze-
czywistoÊci wyst´puje na Ksi´˝ycu doÊç
rzadko. Co prawda, bazalty z obszarów
mórz zawierajà ró˝ne iloÊci tytanu, jed-
nak tylko niewielka cz´Êç wykazuje
obfitoÊç tego pierwiastka zaobserwowanà
w miejscu pierwszego làdowania na Mo-
rzu Spokoju. Dla badaczy Ksi´˝yca by∏a
to wa˝na lekcja – próbki pobrane z jed-
nego miejsca nie muszà byç wcale repre-
zentatywne dla wi´kszych rejonów.

Poniewa˝ strumienie lawy majà zwy-

kle jednorodny i charakterystyczny sk∏ad
chemiczny, dane zebrane przez Clemen-
tine i Lunar Prospector mo˝na wyko-
rzystaç do opracowania mapy przep∏y-
wów na terenach mórz. Na podstawie
g´stoÊci kraterów uderzeniowych da si´
wówczas wyznaczyç wiek ka˝dego stru-
mienia. Starsze by∏y bombardowane
przez d∏u˝szy czas, dlatego g´stoÊç wy-
st´pujàcych tam kraterów jest wi´ksza.
Naukowcy poznali wiek strumieni w
miejscach làdowaƒ statków Apollo, ba-
dajàc izotopy promieniotwórcze w prób-
kach ska∏; mogà zatem datowaç inne
obszary przez porównanie g´stoÊci kra-
terów na tych obszarach z g´stoÊcià w
miejscach làdowaƒ. Z badaƒ wynika, ˝e
choç na morzach wyst´puje lawa o bar-
dzo zró˝nicowanym wieku i sk∏adzie
chemicznym, w wi´kszoÊci powsta∏a ona
mi´dzy 3.8 a 3 mld lat temu.

Choç to morza wyró˝niajà si´ ciem-

niejszym kolorem, pewne fragmenty
ksi´˝ycowych làdów majà poÊredni
wspó∏czynnik odbicia i zawierajà sto-

sunkowo du˝o ˝elaza. Niektóre z tych
obszarów sà pokryte gruzem skalnym
làdów – warstwami ska∏ rozrzuconymi
przez uderzenia, w wyniku których
utworzy∏y si´ baseny. Poniewa˝ lawa
tych mórz jest starsza od warstw gru-
zu, który zosta∏ rozrzucony podczas
formowania si´ basenów 3.8 mld lat te-
mu, erupcja lawy na Ksi´˝ycu musia∏a
zachodziç wczeÊniej, ni˝ powsta∏y naj-
starsze ze strumieni badanych przez
statki Apollo. Z globalnych badaƒ wy-
nika, ˝e stare strumienie lawy pokrywa-
jà znaczne obszary po stronie niewidocz-
nej i w rejonie brzegowym (granicy
mi´dzy stronà widocznà i niewidocznà).

FaliÊcie i wyboiÊcie

POWIERZCHNIA

globu ksi´˝ycowego jest

bardzo nierówna. Ró˝nica poziomów
mi´dzy najni˝szym (na dnie basenu SPA)
a najwy˝szym (na obrze˝u basenu Ko-
rolew po niewidocznej stronie) jej punk-
tem wynosi ponad 16 km. Na Ziemi,
gdzie ró˝nica poziomów si´ga oko∏o
20 km, topografia powierzchni zosta∏a

STYCZE¡ 2004

ÂWIAT NAUKI

43

L

UNAR AND PL

ANET

ARY INSTITUTE

PAUL D. SPUDIS nale˝y do zespo∏u naukowego Applied Physics Laboratory w Johns Hop-
kins University w Baltimore. Od 1982 roku jest g∏ównym badaczem Planetary Geology Pro-
gram prowadzonego przez NASA Office of Space Science i specjalizuje si´ w badaniach wul-
kanizmu planetarnego i procesów uderzeniowych. W latach 1980–1990 pracowa∏ jako
geolog w sekcji astrogeologicznej US Geological Survey, a od 1990 do 2002 roku w Lunar
and Planetary Institute w Houston. Pe∏ni∏ funkcj´ zast´pcy kierownika zespo∏u naukowego wy-
strzelonej w 1994 roku przez Departament Obrony USA sondy ksi´˝ycowej Clementine.

O

AUTORZE

ZDJ¢CIA WYKONANE PRZEZ SOND¢ CLEMENTINE pokazujà, ˝e na widocznej stronie Ksi´˝yca wyst´pujà dwa podstawowe typy ukszta∏to-
wania powierzchni – jasne wy˝yny z du˝à liczbà kraterów, zwane làdami, i ciemne, g∏adkie niziny, zwane morzami. Po stronie niewidocznej mórz
nie ma prawie w ogóle. SzeÊç statków Apollo wylàdowa∏o na stronie widocznej (˝ó∏te kó∏ka pokazujà miejsca làdowaƒ i numery misji). NASA
zamierza wys∏aç automatyczny làdownik na stron´ niewidocznà.

Jasne i ciemne

STRONA NIEWIDOCZNA

STRONA WIDOCZNA

Basen Biegun Po∏udniowy-Aitken (SPA)

Ocean
Burz

Morze

JasnoÊci

Morze Spokoju

Morze

Deszczów

12

15

17

11

16

14

Mapy Ksi´˝yca

44

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2004

STRONA WIDOCZNA

TOPOGRAFIA

KILOMETRY

–8

0

8

16

<0.5

1

3

>6

5

1

0

–2.5

–4

0

8

4

STRONA NIEWIDOCZNA

DZI¢KI OBSERWACJOM wykonanym

przez Clementine i Lunar Prospector

naukowcy opracowali pierwsze szczegó∏owe

mapy ca∏ej powierzchni Ksi´˝yca.

Na pok∏adzie Clementine znajdowa∏ si´

dalmierz laserowy, który podczas ka˝dego

obiegu mierzy∏ odleg∏oÊç do powierzchni

z cz´stoÊcià raz na sekund´. W ten sposób

wykazano, ˝e basen uderzeniowy Biegun

Po∏udniowy-Aitken (fioletowa plamka

na niewidocznej stronie) ma ogromne

rozmiary – jego Êrednica wynosi 2600 km,

a g∏´bokoÊç dochodzi do 13 km.

P

A

UL D. SPUDIS I L

UNAR AND PL

ANET

ARY INSTITUTE (

mapy topograficzne, ˝elaza i tor

u

); PRZEDRUK

OW

ANE ZA ZGODÑ

A.

S.

K

O

NOPLIV I IN.,

SCIENCE

, T

. 281, S. 1476-1480, 1998 (

mapa grawitacji

) i W

. C. FELDMAN I IN.,

SCIENCE

, T

. 281, S. 1496-1500; 1998 (

mapa grawitacji

); ©

1998 AAAS

KAMERY CLEMENTINE wykonywa∏y zdj´cia w 11 d∏ugoÊciach fali
promieniowania optycznego i bliskiej podczerwieni. Wykorzystujàc dane
z dwóch d∏ugoÊci fali (750 i 950 nm), naukowcy wykonali map´ zawartoÊci
˝elaza w ksi´˝ycowym gruncie. ObfitoÊç ˝elaza jest najwi´ksza na morzach
widocznej strony, a najmniejsza – w centralnej cz´Êci strony niewidocznej
(powy˝ej basenu Biegun Po∏udniowy-Aitken).

SPEKTROMETR PROMIENIOWANIA GAMMA na pok∏adzie sondy Lunar
Prospector zosta∏ u˝yty do wyznaczenia zawartoÊci 10 pierwiastków
w skorupie ksi´˝ycowej. Jednym z nich jest tor, którego w∏aÊciwoÊci
przypominajà pierwiastki Êladowe okreÊlane wspólnà nazwà KREEP,
gdy˝ nie wpasowuje si´ dobrze w struktur´ krystalicznà minera∏ów tworzàcych
ska∏y. Najwi´cej toru znajduje si´ na terenie Oceanu Burz na widocznej
stronie; przyczyna takiego nietypowego rozk∏adu toru pozostaje nieznana.

SONDA LUNAR PROSPECTOR, poruszajàc si´ po zacieÊniajàcej si´ orbicie,
zbli˝y∏a si´ do powierzchni Ksi´˝yca na odleg∏oÊç 7 km, dzi´ki czemu mog∏a
dok∏adnie zmierzyç ró˝nice ksi´˝ycowej grawitacji. Szczegó∏owa analiza orbity
statku wykaza∏a, ˝e ponad niektórymi najm∏odszymi basenami uderzeniowymi
(czerwone obszary) pole grawitacyjne jest silniejsze, ni˝ si´ spodziewano.
Byç mo˝e przyczynà tych anomalii sà bry∏y skalne o du˝ej g´stoÊci,
które po uderzeniu zosta∏y wybite z p∏aszcza ku powierzchni basenu.

LUNAR PROSPECTOR dostarczy∏ tak˝e dowodów

wyst´powania lodu wodnego w okolicy biegunów

ksi´˝ycowych. Pok∏adowy spektrometr neutronowy

stwierdzi∏ brak Êrednioenergetycznych neutronów

w wiàzce odbitej od wiecznie zacienionych

obszarów (fioletowy). Lód spowalnia neutrony

w trakcie zderzeƒ z atomami wodoru zawartymi

w czàsteczkach wody. Wyniki potwierdzi∏y

odkrycie lodu w ciemnych obszarach,

dokonane poprzednio przez Clementine.

LÓD WODNY

STRUMIE¡

ÂREDNIO-

ENERGETYCZNYCH

NEUTRONÓW

(liczba neutronów/cm

2

·s)

BIEGUN PO¸UDNIOWY

BIEGUN PÓ¸NOCNY

˚ELAZO

TOR

GRAWITACJA

ZA

W

ARTOÂå TORU

(cz´Êci na milion)

PRZYÂPIESZENIE

(mm/s

2

)

ZA

W

ARTOÂå

TLENK

U

˚EL

AZA (%)

0.228–0.230

0.223–0.225

0.217–0.219

0.212–0.214

ukszta∏towana przez aktywnoÊç tekto-
nicznà, która wytworzy∏a wysokie ∏aƒ-
cuchy górskie i g∏´bokie rowy oceanicz-
ne. Natomiast zewn´trzne warstwy
Ksi´˝yca sà statyczne – jego skorupa po-
zostaje zimna i sztywna od co najmniej
4 mld lat. Struktury topograficzne na
Ksi´˝ycu to wy∏àcznie kratery uderze-
niowe i baseny. To nie przypadek, ˝e w
obr´bie najrozleglejszego basenu ksi´-
˝ycowego wyst´pujà równie˝ najwi´k-
sze ró˝nice poziomów, choç nieco dzi-
wi fakt, i˝ tak du˝a i stara formacja
zachowa∏a si´ w kszta∏cie niemal nie-
zmienionym od czasu swego powstania.

Wn´trze Ksi´˝yca równie˝ jest doÊç

niejednorodne. Radiowe pomiary orbi-
ty sondy Lunar Prospector, która zbli-
˝y∏a si´ do powierzchni a˝ na 7 km, wy-
kaza∏y nadspodziewanie silne pole
grawitacyjne nad niektórymi z najm∏od-

szych basenów uderzeniowych. Na-
ukowcy wàtpià, by êród∏em tych ano-
malii grawitacyjnych by∏y warstwy
bazaltowe wyÊcie∏ajàce ich dno; po-
szczególne strumienie lawy sà dosyç
cienkie (od kilku do kilkudziesi´ciu
metrów) – ich ∏àczna gruboÊç nie prze-
kracza na ogó∏ 200 m. Bardziej praw-
dopodobnym wyt∏umaczeniem zwi´k-
szonej koncentracji masy sà skupiska
ska∏ o du˝ej g´stoÊci pochodzàce z p∏asz-
cza ksi´˝ycowego, które uderzenie wy-
nios∏o ku powierzchni basenu.

Zagadkowà dwoistoÊç powierzchni

Ksi´˝yca, zdominowanej po jego wi-
docznej stronie przez ciemne morza, a
po niewidocznej – przez jasne làdy, mo˝-
na równie˝ t∏umaczyç ró˝nicami struk-
tury podpowierzchniowej. Choç pro-
blem ten nie doczeka∏ si´ jeszcze
ostatecznego rozwiàzania, najbardziej
prawdopodobnà przyczynà tej dychoto-
mii jest wzgl´dnie niewielka gruboÊç
skorupy po stronie widocznej, wskutek
czego unoszàca si´ magma mog∏a ∏a-
twiej przebiç si´ ku powierzchni ni˝ po
stronie niewidocznej. Olbrzymi basen
SPA zawiera wi´kszoÊç lawy wyst´pu-
jàcej po stronie niewidocznej, ale nawet

te pok∏ady sà bardzo cienkie i niezbyt
rozleg∏e. W wi´kszoÊci basenu SPA nie
ma lawy, podczas gdy nawet najmniej-
sze baseny po stronie widocznej sà nià
obficie wype∏nione.

Sporzàdzona za pomocà laserowego

dalmierza Clementine mapa topogra-
ficzna ukazuje niesamowità rozleg∏oÊç
basenu SPA – ma on Êrednic´ 2600 km
i jest najwi´kszym kraterem uderzenio-
wym w ca∏ym Uk∏adzie S∏onecznym.
Dzi´ki Clementine zbadano tak˝e inne
baseny, z których cz´Êç wczeÊniej nie
by∏a znana. Obecnie ocenia si´, ˝e na
Ksi´˝ycu istnieje ponad 45 basenów
(zdefiniowanych jako formacje uderze-
niowe o Êrednicach przekraczajàcych
300 km). Na podstawie g´stoÊci krate-
rów w obr´bie basenów mo˝na wnio-
skowaç, ˝e najstarszym z nich jest SPA,
najm∏odszym zaÊ Orientale.

Naukowcy znajà jednak absolutny wiek

tylko tych basenów, do których dotar∏y
misje Apollo i ¸una. Z datowania izoto-
pami promieniotwórczymi próbek ska∏,
które uleg∏y stopieniu, gdy planetoida
(bàdê kometa) uderzy∏a w Ksi´˝yc, wy-
nika, ˝e wszystkie te baseny powsta∏y w
bardzo wàskim przedziale czasu – mi´dzy
3.9 a 3.8 mld lat temu. Tak niewielki roz-
rzut wieku basenów t∏umaczy si´ wielkà
liczbà uderzeƒ, jakich Ksi´˝yc dozna∏ w
ciàgu krótkiego okresu, zwanego kata-
klizmem ksi´˝ycowym.

W jaki sposób dosz∏o do tak intensyw-

nego bombardowania? Modele wczes-
nej historii Uk∏adu S∏onecznego przyj-
mujà, ˝e mi´dzy 4.5 a 4 mld lat temu
cz´stoÊç uderzeƒ powinna si´ zmniej-
szaç, gdy˝ planetozymale (drobne ka-
mienne cia∏a, które wchodzi∏y w sk∏ad
mg∏awicy s∏onecznej) by∏y stopniowo
wyrzucane poza Uk∏ad S∏oneczny lub wy-
chwytywane przez planety zewn´trzne.
Gdyby naukowcom uda∏o si´ potwier-
dziç, ˝e kataklizm ksi´˝ycowy faktycznie
wystàpi∏, mia∏oby to zasadnicze zna-
czenie dla poznania historii wszystkich
planet skalistych. Mo˝e si´ na przyk∏ad
okazaç, ˝e jakieÊ bardzo du˝e cia∏o z pa-

sa planetoid rozpad∏o si´ 3.9 mld lat te-
mu, a jego szczàtki wpad∏y do uk∏adu
Ziemia–Ksi´˝yc. JeÊli tak si´ zdarzy∏o,
oznacza∏oby to, ˝e powstawanie krate-
rów na Ksi´˝ycu by∏o zjawiskiem jedy-
nym w swoim rodzaju i nie mo˝e byç
podstawà datowania struktur na plane-
tach innych ni˝ Ziemia.

Jednym ze sposobów potwierdzenia

realnoÊci kataklizmu ksi´˝ycowego by-
∏oby wyznaczenie wieku basenu SPA.
Wiadomo, ˝e musi on byç starszy od po-
zosta∏ych basenów, a najstarszym z ba-
senów, których wiek uda∏o si´ dotàd wy-
znaczyç na podstawie analizy próbek ska∏
stopionych przez uderzenie, jest Morze
JasnoÊci – jego wiek ocenia si´ na 3.87 mld
lat. Uderzenie, w wyniku którego powsta∏
SPA, musia∏o nastàpiç po zestaleniu si´
skorupy, czyli nie wczeÊniej ni˝ 4.3 mld
lat temu. Wiek SPA zawiera si´ wi´c mi´-

dzy tymi dwiema liczbami, nie wiadomo
jednak, której z nich jest bli˝szy.

JeÊli oka˝e si´, ˝e wiek SPA jest zbli-

˝ony do wieku innych basenów, b´dzie
to mocnym argumentem na rzecz kata-
klizmu ksi´˝ycowego. JeÊli natomiast
wyznaczony wiek SPA b´dzie zbli˝ony
do wieku zestalania si´ skorupy, teoria
kataklizmu straci racj´ bytu. Dzieje for-
mowania si´ kraterów ksi´˝ycowych po-
s∏u˝à jako dowód wyk∏adniczo zmniej-
szajàcej si´ cz´stoÊci uderzeƒ. W tym
przypadku dane ksi´˝ycowe faktycznie
b´dà przydatne do wyjaÊnienia powsta-
wania kraterów na planetach skalistych,
jak Mars. Jednak aby wyznaczyç wiek
basenu SPA, potrzebne sà próbki pobra-
ne z jego wn´trza.

Lód w cienistej dolinie

NAJCIEKAWSZYM REZULTATEM

misji Clemen-

tine i Lunar Prospector by∏o niewàtpliwie
znalezienie lodu wodnego w pobli˝u bie-
gunów ksi´˝ycowych. Poniewa˝ nachy-
lenie osi obrotu Ksi´˝yca wynosi zaledwie
1.5° (czyli jest ona prawie prostopad∏a
do p∏aszczyzny orbity Ziemi wokó∏ S∏oƒ-
ca), na jego biegunach S∏oƒce widaç za-
wsze blisko horyzontu (nachylenie osi

STYCZE¡ 2004

ÂWIAT NAUKI

45

NASA

Badania Ksi´˝yca mogà byç

KLUCZEM DO ZROZUMIENIA

PROCESÓW

formowania si´ i ewolucji planet skalistych.

obrotu Ziemi wynosi oko∏o 23°). JeÊli ja-
kiÊ punkt w pobli˝u bieguna ksi´˝ycowe-
go po∏o˝ony jest co najmniej 600 m po-
nad Êrednim poziomem powierzchni,
zawsze padajà na niego promienie s∏o-
neczne; jeÊli natomiast le˝y wi´cej ni˝
600 m poni˝ej Êredniego poziomu po-
wierzchni, stale pozostaje w cieniu. W
tym drugim przypadku jedyne êród∏o cie-
p∏a stanowià rozpady promieniotwórcze
zachodzàce z rzadka we wn´trzu Ksi´-
˝yca i s∏abe promieniowanie kosmiczne.
Naukowcy podejrzewajà, ˝e w tych rejo-
nach wiecznej ciemnoÊci, które istniejà
od co najmniej 2–3 mld lat, panuje niesa-
mowite zimno – ich temperatura wyno-
si od –223 do –203°C. W tych „zamra˝ar-
kach” mo˝e gromadziç si´ lód wodny
zawarty w kometach i meteorytach spa-
dajàcych na Ksi´˝yc, poniewa˝ nigdy nie
zostanie on stopiony przez ciep∏o S∏oƒca.

Na pok∏adzie Clementine nie by∏o

˝adnych specjalnych instrumentów do
poszukiwaƒ lodu, jednak naukowcy kie-
rujàcy misjà przeprowadzili zaimprowi-
zowany eksperyment, u˝ywajàc do tego
celu pok∏adowego nadajnika radiowe-

go. Kamienna powierzchnia rozprasza
fale radiowe na wszystkie strony, nato-
miast lód poch∏ania cz´Êç fal i odbija je
w spójny sposób. Kiedy Clementine wy-
emitowa∏a fale radiowe w kierunku
wiecznie zacienionych obszarów w pobli-
˝u bieguna po∏udniowego Ksi´˝yca, sy-
gna∏ powrotny by∏ charakterystyczny dla
fal odbitych od lodu. Cztery lata póêniej
spektrometr neutronowy umieszczony
na pok∏adzie Lunar Prospector wykaza∏
znaczne iloÊci wodoru w ciemnych ob-
szarach wokó∏ obu biegunów; najpraw-
dopodobniej aparatura sondy zarejestro-
wa∏a wodór zawarty w lodzie wodnym.
Obecnie szacuje si´, ˝e w zewn´trznej
warstwie oko∏obiegunowej do g∏´boko-
Êci 30 cm znajduje si´ ponad 10 mld ton
lodu, nie wiadomo jednak, w jakim sta-
nie fizycznym sà te pok∏ady, nieznany
jest te˝ ich dok∏adny sk∏ad chemiczny,
zawartoÊç ewentualnych zanieczyszczeƒ
ani te˝ stopieƒ dost´pnoÊci. Odpowiedê
na te pytania mogà przynieÊç dopiero
przysz∏e misje ksi´˝ycowe.

Na wykonanych przez Clementine

zdj´ciach widaç w pobli˝u biegunów ob-

szary niemal stale skàpane w s∏oƒcu. Na
przyk∏ad rejon wokó∏ obrze˝a krateru
Shackleton pozostaje oÊwietlony przez
ponad 75% okresu rotacji Ksi´˝yca. Pa-
nujà tam stosunkowo ∏agodne warunki
termiczne – temperatura powierzchni
wynosi od –60 do –40°C (w pobli˝u rów-
nika temperatura waha si´ od –150 do
100°C). Umieszczenie bezza∏ogowej lub
za∏ogowej stacji w∏aÊnie na jednym
z tych obszarów wokó∏biegunowych
u∏atwi∏oby zaprojektowanie systemów
zapewniajàcych przetrwanie w ekstre-
malnych warunkach panujàcych na po-
wierzchni Ksi´˝yca. A jeÊli da∏oby si´
pozyskiwaç lód z pobliskich pok∏adów,
baza dysponowa∏aby zasobem wody,
którà mo˝na by wykorzystaç do pod-
trzymywania funkcji ˝yciowych i jako
êród∏o energii (po przekszta∏ceniu w
najwydajniejsze ze znanych paliw che-
micznych – ciek∏y wodór i tlen).

Powrót na Ksi´˝yc

POWODZENIE MISJI

Clementine i Lunar

Prospector zach´ci∏o badaczy do przy-
gotowania kilku kolejnych misji ksi´˝y-

46

ÂWIAT NAUKI STYCZE¡ 2004

L

UNAR AND PL

ANET

ARY INSTITUTE

Powrót na Ksi´˝yc

Ze wzgl´du na ponowny wzrost zainteresowania Ksi´˝ycem agencje kosmiczne przygotowujà kolejne misje.

Statek

Paƒstwo

Data startu

Masa bez paliwa

Program badaƒ

(kg)

DAWNE I OBECNE MISJE

Clementine

USA

25 stycznia 1994

227

Za pomocà kamer i lasera sonda wykona∏a mapy topograficzne
i sk∏adu chemicznego powierzchni. Eksperyment radarowy
dostarczy∏ pierwszych dowodów wyst´powania lodu wodnego
w rejonach oko∏obiegunowych Ksi´˝yca.

Lunar Prospector

USA

7 stycznia 1998

158

Spektrometry okreÊli∏y zawartoÊç pierwiastków w skorupie
oraz potwierdzi∏y odkrycie lodu. Magnetometr i reflektometr
elektronowy zmierzy∏y pole magnetyczne.

SMART-1

Europejska

27 wrzeÊnia 2003

280

Po dotarciu do Ksi´˝yca na poczàtku 2005 roku kamera

Agencja

i spektrometry wykonajà map´ mineralogicznà i zajrzà

Kosmiczna

do ciemnych kraterów w poszukiwaniu lodu.

PRZYSZ¸E MISJE

Lunar A

Japonia

sierpieƒ–wrzesieƒ

520

Orbiter spuÊci dwa penetratory, które wbijà si´

2004

w powierzchni´ po przeciwnych stronach Ksi´˝yca.
Sejsmometry i czujniki ciep∏a zbadajà wn´trze Ksi´˝yca.

SELENE

Japonia

2005

1600

Rozbudowany zestaw kamer, spektrometrów i innych
instrumentów sporzàdzi jeszcze bardziej szczegó∏owe
mapy topograficzne, sk∏adu chemicznego powierzchni
oraz rozk∏adu pola grawitacyjnego i magnetycznego.

Pobranie Próbek

USA

Przed 2010

Jeszcze

Automatyczny làdownik zbierze próbki ska∏ i gruntu

z basenu Biegun

nieokreÊlona

z dna basenu i wyÊle je na Ziemi´ w celu okreÊlenia

Po∏udniowy-Aitken

wieku i sk∏adu chemicznego.

cowych, które znajdujà si´ obecnie w
ró˝nych fazach realizacji. We wrzeÊniu
ub.r. Europejska Agencja Kosmiczna wy-
strzeli∏a sond´ SMART 1, której g∏ów-
nym celem jest przetestowanie silnika
jonowego podczas 16-miesi´cznej po-
dró˝y ku Ksi´˝ycowi. Po wejÊciu na or-
bit´ wokó∏ksi´˝ycowà SMART 1 przy
u˝yciu kamery i czujnika rentgenow-
skiego wykona map´ powierzchni Srebr-
nego Globu. W tym roku Japonia planu-
je wystrzelenie orbitera Lunar A, który
spuÊci na powierzchni´ Ksi´˝yca dwa
làdowniki, zwane penetratorami. Wypo-
sa˝one w sejsmometry i czujniki ciep∏a,
penetratory b´dà zbieraç informacje o
wn´trzu Ksi´˝yca i byç mo˝e uda im si´
sporzàdziç map´ jego jàdra. Natomiast
w przysz∏ym roku Japoƒczycy zamierza-

jà wys∏aç wi´kszy orbiter, SELENE, któ-
ry wykona jeszcze bardziej szczegó∏owà
map´ na podstawie danych uzyskanych
za pomocà kamery, wysokoÊciomierza
laserowego, radaru oraz spektrometru
rentgenowskiego i gamma.

Dzi´ki uznaniu obecnie ogromnego

znaczenia basenu SPA odkurzono po-
mys∏ wys∏ania tam automatycznego
próbnika, który dostarczy zebrane
próbki do analizy w ziemskich labora-
toriach. Koncepcja ta pojawi∏a si´ w
raporcie opracowanym w 2002 roku
przez zespó∏ naukowców finansowany
przez amerykaƒskà National Academy
of Sciences. G∏ównym zadaniem misji
b´dzie uzyskanie próbek ska∏ stopionych
w wyniku uderzenia. OkreÊlenie mo-
mentu, kiedy powsta∏ basen SPA, roz-
wiàza∏oby ostatecznie kwesti´, czy ka-
taklizm ksi´˝ycowy faktycznie si´ kiedyÊ
wydarzy∏. Ponadto, poniewa˝ stopiony
materia∏ jest konglomeratem wszystkich
ska∏ wyst´pujàcych w miejscu upadku
planetoidy (lub komety), jego analiza
pozwoli poznaç sk∏ad chemiczny i struk-
tur´ skorupy ksi´˝ycowej w tym rejo-
nie. Niektórzy naukowcy przypuszczajà,
˝e spadajàce cia∏o mog∏o przebiç si´
przez skorup´, ods∏aniajàc cz´Êç górne-
go p∏aszcza, byç mo˝e nawet na 120 km

w g∏àb. JeÊli stopiony materia∏ zawiera
substancje pochodzàce z p∏aszcza, na-
ukowcy b´dà w stanie okreÊliç choçby
przybli˝ony sk∏ad chemiczny g∏´bokich
warstw wewn´trznych Ksi´˝yca.

Misja dostarczajàca na Ziemi´ prób-

ki z basenu SPA jest prosta w zamyÊle,
lecz trudna w realizacji. Projektanci eks-
perymentu muszà wybraç miejsce làdo-
wania tak, aby pobrane próbki pozwala-
∏y rozstrzygnàç kwesti´ wieku i sk∏adu
chemicznego SPA. Do tego celu niezwy-
kle przydadzà si´ zebrane dotàd przez
orbitujàce sondy informacje dotyczàce
sk∏adu chemicznego i struktury geolo-
gicznej powierzchni, bo pozwolà wy-
znaczyç miejsca wyst´powania odpo-
wiednich ska∏. Poniewa˝ SPA po∏o˝ony
jest na niewidocznej stronie Ksi´˝yca,

làdownik b´dzie musia∏ albo pracowaç
samodzielnie, albo porozumiewaç si´ z
naziemnym centrum sterowania za po-
Êrednictwem satelity przekaênikowego.

W miejscu làdowania sonda musi po-

braç próbki zarówno ska∏, jak i gruntu.
Ska∏y umo˝liwià analiz´ mineralogicznà
i wyznaczenie wieku, podczas gdy prób-
ki gruntu pozwolà stwierdziç, czy zebra-
ne ska∏y sà reprezentatywne dla danego
obszaru (grunt mo˝e równie˝ zawieraç
ma∏e fragmenty rzadkich lub nietypowych
ska∏). Próbki zostanà umieszczone w ma-
∏ym pojeêdzie, który zabierze ze sobà là-
downik. Pojazd ten wyposa˝ony b´dzie
w silnik rakietowy, który umo˝liwi mu
start z Ksi´˝yca i skierowanie si´ w dro-
g´ powrotnà ku Ziemi. Wykorzystujàc
atmosfer´ Ziemi do wyhamowania, wy-
làduje on na bezludnym terenie i zacznie
nadawaç sygna∏y radiowe, przywo∏ujàce

ekip´ poszukiwawczà. Zgranie wszyst-
kich tych czynników niewàtpliwie b´dzie
trudnym zadaniem, niemniej misja taka
pod wzgl´dem technicznym jest jak naj-
bardziej mo˝liwa.

NASA przyjmuje ju˝ zg∏oszenia propo-

zycji badawczych do wykorzystania w
powrotnej misji do basenu SPA, która mo-
g∏aby zostaç zrealizowana przed rokiem
2010. A kiedy na Ksi´˝yc powrócà astro-
nauci? Za wys∏aniem tam ponownie lu-
dzi przemawia wiele argumentów natury
naukowej. Wyprawa za∏ogowa stworzy
wspania∏e mo˝liwoÊci badawcze w wielu
dziedzinach nauki, poczàwszy od plane-
tologii, a skoƒczywszy na astronomii. Wy-
st´powanie lodu na biegunach u∏atwi
techniczne przygotowania do d∏ugotrwa-
∏ych pobytów cz∏owieka na Ksi´˝ycu.

NASA przedstawi∏a ostatnio zarys pro-
jektu wykorzystania przez misje za∏ogowe
istniejàcej ju˝ infrastruktury kosmicznej,
co obni˝y ich koszty o wiele miliardów
dolarów.

Jednak powrót astronautów na Ksi´-

˝yc to przede wszystkim decyzja politycz-
na, a nie czysto naukowa. Nigdy nie zosta-
nie ona podj´ta wy∏àcznie przez wzglàd
na korzyÊci badawcze, zresztà nie powin-
no tak byç. Realizujàc tego typu wypra-
wy, nale˝y bowiem braç pod uwag´ wi´k-
szy zakres celów o ogólnonarodowym i
mi´dzynarodowym wymiarze. Powrót na
Ksi´˝yc na pewno otworzy nowe perspek-
tywy badaƒ. Choç wiemy ju˝ sporo o Ksi´-
˝ycu, wiele aspektów pozostaje wcià˝ nie-
jasnych. Przysz∏a eksploracja naszego
najbli˝szego sàsiada wyka˝e zapewne, ˝e
jego historia jest jeszcze bardziej z∏o˝ona
i frapujàca, ni˝ to sobie wyobra˝amy.

n

STYCZE¡ 2004

ÂWIAT NAUKI

47

NASA

The Once and Future Moon. Paul D. Spudis; Smithsonian Institution Press, 1996.
A New Moon for the Twenty-First Century. G. Jeffrey Taylor; Planetary Science Research Disco-

veries

, VIII/2000. Dost´pne w Internecie pod adresem: http://www.psrd.hawaii.edu/Aug00/new-

Moon.html

Lunar Meteorites and the Lunar Cataclysm. Barbara A. Cohen; Planetary Science Research Di-

scoveries

, I/2001. Dost´pne w Internecie pod adresem: http://www.psrd.hawaii.edu/Jan01/lu-

narCataclysm.html

The Clementine Atlas of the Moon. D. Ben J. Bussey i Paul D. Spudis; Cambridge University

Press, 2004 (uka˝e si´ w marcu).

JEÂLI CHCESZ WIEDZIEå WI¢CEJ

Powrót astronautów na Ksi´˝yc

to bardziej

DECYZJA POLITYCZNA NI˚ NAUKOWA

.