Księżyc: czy zagadka LHG została rozwiązana?

0

Jest grudzień 1970 roku. Załogowy pojazd Apollo 17 przebywa na orbicie Księżyca i przemieszcza się w kierunku linii terminatora, wyznaczającej granicę pomiędzy jego nocną, a dzienną stroną. Eugene Cernan szykuje się na orbitalny wschód Słońca – jego celem jest wykonanie obserwacji światła koronalnego i zodiakalnego (CZL) – świecenia pewnych obszarów nieba, spowodowanych światłem słonecznym, rozpraszającym się na cienkiej atmosferze Słońca oraz na pyle znajdującym się w przestrzeni kosmicznej, pochodzącym z niezliczonej liczby komet oraz kolizji niewielkich ciał kosmicznych. Badania te są możliwe dzięki temu, że Księżyc zasłania bezpośrednio Słońce oraz nie posiada atmosfery, która przeszkadzałaby w obserwacji. Oczom astronautów powinien ukazać się zatem charakterystyczny blask, powoli wznoszący się ponad księżycowy horyzont. Poświata ta powinna stawać się coraz silniejsza, aż zniknie w blasku wschodzącego Słońca.

Rzeczywistość okazuje się jednak zaskakująco inna.

Choć CZL pojawiło się zgodnie z oczekiwaniami, to posiadało współtowarzysza – cienką smugę światła przebiegającą nad horyzontem, formującą półksiężyc. Na tym jednak nie koniec niespodzianek – tuż przed wschodem Słońca pojawiają się dziwne promienie, podobne nieco do kolumn światła widocznych czasem, gdy niebo jest zachmurzone i promienie słoneczne przebijają się przez niewielkie szczeliny w chmurach.

Na Ziemi zjawiska tego rodzaju można łatwo wytłumaczyć obecnością atmosfery, gdzie światło rozprasza się na drobnych kryształkach lodu czy na krążącym w atmosferze pyle. Na Księżycu jednak atmosfery praktycznie nie ma – nawet pomiędzy stanowiącymi ją atomami do zderzeń dochodzi stosunkowo rzadko.

Co więcej nie był to odizolowany przypadek, który można było zignorować – podobne obserwacje tajemniczych świateł pojawiają się w raportach sporządzonych przez astronautów innych misji księżycowych – Apollo 8, 10 oraz 15.

Co zatem wywołało zaobserwowany przez Cernana efekt?

Zjawisko to uzyskało nazwę LHG (Lunar Horizon Glow – Poświata Horyzontu Księżycowego) i po raz pierwszy zostało zaobserwowane cztery lata przed lotem Apollo 17, przy okazji misji lądowników księżycowych Surveyor, a zwłaszcza pojazdów numer 5, 6 oraz 7 (przypuszczalnie także 1). Zasadnicza różnica w obserwacji pomiędzy obrazami z powierzchni Srebrnego Globu, oraz jego orbity polegała na zasięgu występowania zjawiska – z perspektywy orbiterów sięgało ono niemal 100 kilometrów nad powierzchnię, podczas gdy lądowniki zarejestrowały je tylko na wysokości jednego metra nad linią horyzontu.

To jednak nie koniec zagadki. Podobne obserwacje CZL przeprowadzono w trakcie misji Apollo 16 przez astronautę Kena Mattingly, lecz tym razem LHG oraz dziwne ‘promienie’ nie pojawiły się. Po locie kolejnej misji i odzyskaniu zarejestrowanych materiałów wykonano dodatkowe analizy – tym razem okazało się, że zdjęcia uzyskane podczas misji Apollo 15 i 17, zawierają dodatkowy poblask w pobliżu linii horyzontu, co zinterpretowano jako rozpraszanie się światła słonecznego na cząsteczkach atmosfery. Co interesujące – materiał z Apollo 16 nie zawierał śladów wskazujących na LHG. Wyciągnięto zatem wniosek, że choć zjawisko z pewnością istnieje, to nie ma charakteru ciągłego.

Poznano więc źródło fenomenu – co jednak go napędza? Przede wszystkim odkrycie istnienia atmosfery – nawet szczątkowej – na tak dużej wysokości było zaskoczeniem. Jest ona tak rzadka, że nie można tłumaczyć obecności pyłu działaniem wiatru. Co więcej – choć Księżyc jest stale bombardowany przez niewielkie meteoryty, które w wyniku tego procesu wyrzucają pył, to jego koncentracja w atmosferze jest znacznie wyższa niż można by oczekiwać.

Innym mechanizmem branym pod uwagę stało się oddziaływanie elektrostatyczne. Gdy powierzchnia wystawiona jest na działanie promieniowania ultrafioletowego ze Słońca, fotony mają dość energii by wybić elektrony z atomów cząsteczek pyłu w księżycowym regolicie, przez co posiadają one dodatni ładunek elektryczny. Jak wiadomo cząstki posiadające ten sam ładunek elektryczny odpychają się wzajemnie – w warunkach Księżycowych jedyną dla nich drogą byłoby skierowanie się ku górze.

Zjawisko to mogłoby tłumaczyć różnicę w LHG zarejestrowaną przez lądowniki Surveryor oraz misje załogowe Apollo – mniejsze cząsteczki, które są lżejsze, mogłyby znaleźć się wyżej, podczas gdy większe, relatywnie cięższe znalazłyby się niżej. Mechanizm funkcjonowania tego zjawiska można porównać nieco do fontanny – cząstki są wyrzucane, a następne opadają po torach balistycznych.

Nie jest to jednak koniec zagadki. LHG obecny na dużych wysokościach może być wywołany przez rozpraszanie światła na cząsteczkach pyłu lub neutralne atomu sodu. W tym drugim przypadku jednak, obraz LHG powinien rozciągać się na wysokość nawet 1000 kilometrów, a wydaje się, że występuje on tylko do wysokości 10 razy niższej. Wszystko wskazuje zatem na obecność cząsteczek pyłu. Jednak mechanizm jego wyrzucania na taką wysokość z efektywnością mogącą tłumaczyć zaobserwowane dane nadal pozostaje niewyjaśniony. Nie jest też jasne, czy zjawisko to występuję tylko na linii terminatora, czy też na całym Księżycu, a jedynie nasze zdolności obserwacyjne ograniczają się do tego regionu.

Według doktora Timothego Stubbs’a, który odpowiedzialny jest za powyższą analizę, LHG ciągle jest na etapie weryfikacji, a uzyskanie dokładniejszych informacji na temat tego zjawiska stanowi jeden z celów planowanej na 2012 roku misji pojazdu LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Enviroment Explorer). Sonda ta będzie obserwować księżycowy horyzont za pośrednictwem spektrometru UV, który umożliwi znalezienie odpowiedzi na kilka pytań dręczących naukowców – między innymi powie nam co stanowi źródło LHG.

Także inne urządzenia zainstalowane na sondzie mogą zostać wykorzystane do badania tajemniczej poświaty – przykładowo kamery nawigacyjne używane do określania pozycji pojazdu w przestrzeni. Sonda LADEE zostanie także wyposażona w detektor cząsteczek pyłu, do bezpośredniego badania jego ilości na dużych wysokościach.

Aby wspomóc misję LADEE, zespół pod kierownictwem doktora Stubbs’a stworzył symulację komputerową, której zadaniem była próba określenia źródła pochodzenia LHG. Według przeprowadzonych obliczeń, jeśli LHG jest generowane przez pył, to zjawisko to będzie najjaśniejsze pomiędzy Słońcem a obserwatorem, jednak aby było widoczne, sam dysk Słońca musi pozostać zakryty – na przykład przez krawędź Księżyca. Prawdopodobnie właśnie to stanowi przyczynę rejestracji tej poświaty jedynie przy linii terminatora.

Źródło: Bill Steigerwald / NASA GFSC

Rysunki wykonane przez Eugena Cernana podczas obserwacji LHG w trakcie lotu Apollo 17; po rawej oznaczono poszczególne elementy składowe: czerwonym - światło zodiakalne, niebieskim - LHG i zielonym - zagadkowe promienie (NASA)

Obraz LHG zarejestrowany przez lądownik Surveyor 7 (NASA)

Symulacja poświaty, która może zostać zaobserwowana przez sondę LADEE; u góry symulacja zjawiska LHG, poniżej światła koronalnego i zodiakalnego CZL; pod nim symulacja rozpraszania na atomach neutralnego sodu; na samym dole złożenie wszystkich trzech składowych (NASA)

Share.

Comments are closed.