Jaka piękna katastrofa

13 listopada 2009 roku NASA ogłosiła wstępne wyniki najnowszego eksperymentu księżycowego, polegającego na badaniu gruntu na dnie krateru w okolicach południowego bieguna naszego naturalnego satelity. Słowo "eksperyment", zamiast "obserwacje", jest tu jak najbardziej na miejscu. Największe zainteresowanie mediów na całym świecie wywołało przedstawienie niezbitych dowodów na obecność wody na powierzchni Księżyca.

Niegościnne miejsce

Wszystko zaczęło się 18 czerwca tego roku. Rakieta Atlas V wyniosła tego dnia w kosmos sondy LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) i LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite). Po trzech kwadransach sondy się rozdzieliły. Kilka dni później LRO weszła na orbitę okołoksiężycową, na wysokości około 50 km nad powierzchnią Księżyca, a LCROSS na eliptyczną orbitę okołoziemską, o tak dobranych parametrach, że co kilkadziesiąt dni przelatywała w pobliżu Księżyca.

Celem misji LRO było wykonanie szczegółowych map topograficznych powierzchni Księżyca, obserwacja regionów biegunowych Księżyca, w tym obszarów wiecznie zacienionych, identyfikacja miejsc lądowań dla przyszłych załogowych i bezzałogowych misji księżycowych, pomiary poziomów promieniowania kosmicznego na orbicie wokółksiężycowej oraz identyfikacja złóż lodu wodnego i innych surowców, możliwych do wykorzystania w przyszłych misjach załogowych. To ostatnie zadanie sonda miała zrealizować, działając w zespole z drugą sondą, LCROSS.

Księżyc jest jednym z najlepiej poznanych ciał niebieskich. Przyglądano się mu od niepamiętnych czasów. Był jednym z pierwszych obiektów obserwowanych przez Galileusza, który odkrył na nim kratery. W trakcie zaciętej rywalizacji kosmicznej między USA

a ZSRR w latach 60. ubiegłego wieku, kolejnymi osiągnięciami kosmicznych inżynierów, wyznaczającymi etapowe zwycięstwa w wyścigu, było samo trafienie sondą w Księżyc, potem sfotografowanie jego odwrotnej strony (zawsze niewidocznej z Ziemi), umieszczenie na jego orbicie sztucznych satelitów, miękkie lądowanie sond automatycznych, wreszcie - lądowanie ludzi. W trakcie realizacji tych programów poznano dość dokładnie kształt i budowę wewnętrzną naszego satelity, a także dostarczono na Ziemię tony skał księżycowych.

Wiemy, że Księżyc jest dla ludzi bardzo niegościnnym miejscem. Z powodu małej masy (wynoszącej zaledwie ok. 1,2 proc. masy Ziemi) jest niemal pozbawiony atmosfery - ciśnienie atmosferyczne jest na nim ok. biliard razy mniejsze niż na naszej planecie. Brak atmosfery oznacza też, że wahania temperatury są tam o wiele większe niż u nas. Zmienia się ona od ok. -230°C do ok. +130°C (na Ziemi tylko od ok. -80°C do ok. +60°C). Jest też miejscem niemal absolutnie suchym. Na Ziemi za najsuchsze miejsce uchodzi pustynia Atakama, gdzie roczna suma opadów nie przekracza 100 mm (dla porównania, w Tatrach jest to przeszło 1500 mm), a w miasteczku Iquique, na jej skraju, ostatni deszcz spadł na początku XX wieku. Na Księżycu deszcz... nie padał nigdy! Brak wody i atmosfery to jeden z powodów, dla których utrzymanie stałej bazy i eksploatacja Księżyca zapewne jeszcze długo pozostaną w sferze fantazji, choć polityczne deklaracje powrotu ludzi na Księżyc składają przywódcy USA, Europy, Rosji i Chin.

Woda z komety

Eksperyment LRO/LCROSS polegał na użyciu zużytego, ostatniego członu rakiety nośnej, sczepionego z sondą LCROSS jako pocisku, do wybicia sztucznego krateru w księżycowym gruncie, wzbicia "w górę" (bo na Księżycu nie można przecież powiedzieć "w powietrze") tumanu księżycowego pyłu i gruzu, co miało umożliwić zajrzenie pod powierzchnię i zbadanie składu gruntu w miejscu uderzenia. Wybrano miejsce bardzo szczególne, odmienne od miejsc, w których lądowali wcześniej astronauci i skąd pobierane były próbki gruntu. Tym razem chodziło o zajrzenie na dno księżycowego krateru położonego w pobliżu południowego bieguna Srebrnego Globu. Taka lokalizacja sprawia, że na dnie krateru panuje wieczny cień. Światło słoneczne nigdy tam nie dociera. Tam właśnie panują najniższe temperatury. Jeśli do krateru wpadnie kometa, która jak wiadomo jest w dużej części złożona z lodu, to lód ten, przykryty warstwą księżycowego pyłu, może pozostać w takim miejscu przez miliardy lat.

Komety jako źródło wody nie są niczym niezwykłym. Wielu astrofizyków przypuszcza, że wodę na Ziemi zawdzięczamy intensywnemu bombardowaniu naszej planety właśnie przez nie. Wcześniej formująca się, gorąca Ziemia musiała stracić ("odparować") wszelką wodę, jaka mogła być zawarta w materii, z której powstawała.

Eksperyment, dość trudny z technicznych powodów, zakończył się pełnym sukcesem. Jako cel wybrano krater Cabeus, położony ok. 100 km od południowego bieguna Srebrnego Globu (nazwa krateru pochodzi od Niccola Cabeo, włoskiego jezuity, filozofa i fizyka, żyjącego na przełomie XVI i XVII wieku). Silników sondy użyto do naprowadzenia członu rakiety na trajektorię prowadzącą na dno krateru. Skutki uderzenia miały być obserwowane zarówno przez podążającą za "pociskiem" sondę LCROSS, jak i krążącą na orbicie okołoksiężycowej sondę LRO. Dodatkowo, spodziewając się "fontanny" materiału księżycowego o wysokości ok. 10 km, przewidziano obserwowanie zdarzenia przez teleskopy z Ziemi.

Uderzenie członu rakiety o dno krateru nastąpiło 9 października 2009 r. Pocisk o masie ok. 2200 kg wybił w gruncie dziurę o średnicy 20-30 m, głębokości ok. 5 m i wzbił w niebo obłok materii na wysokość ok. 1,5 km. Choć wysokość, na jaką wzniósł się ten obłok, była mniejsza od zakładanych 10 km, jego rozmiary okazały się wystarczające, by przyrządy podążającej za członem rakiety sondy oraz sondy LRO, a także instrumenty podłączone do naziemnych teleskopów, mogły zbadać skład chemiczny materii. Obraz zdarzenia przez 4 minuty przekazywały na Ziemię kamery sondy podążającej za pociskiem. Sama sonda także uderzyła w dno krateru Cabeus, powodując kolejny, choć mniejszy, wyrzut materii. Na podstawie obserwacji obu zdarzeń, prowadzonych w podczerwonym i ultrafioletowym zakresie widma elektromagnetycznego, stwierdzono ponad wszelką wątpliwość obecność wody (w postaci lodu), a także grupy hydroksylowej (złożonej z jednego atomu wodoru i jednego tlenu).

Sama idea takiego eksperymentu nie jest nowa i była stosowana wcześniej. 4 lipca 2005 r. amerykańska sonda Deep Impact po zbliżeniu się do komety Tempel 1 wystrzeliła w kierunku jej jądra impaktor, który wydrążył krater o średnicy 120 m i głębokości 25 m. Przyrządy sondy analizowały skutki uderzenia i wnętrze krateru. Jeszcze wcześniej, załogi statków Apollo, po powrocie z Księżyca do krążącego na okołoksiężycowej orbicie pojazdu, zrzucały niepotrzebny już moduł lądownika na powierzchnię Srebrnego Globu, w celu wywołania fali sejsmicznej, rejestrowanej przez pozostawione tam wcześniej urządzenia (w taki sposób poznawaliśmy wewnętrzną budowę Księżyca). Przykładem naturalnego "bombardowania" ciała niebieskiego, które astronomowie wykorzystali do badań, była seria uderzeń fragmentów rozerwanej wcześniej polem grawitacyjnym Jowisza komety Shoemaker-Levy 9 w powierzchnię tej największej w Układzie Słonecznym planety.

***

Choć wodę znajdujemy w Układzie Słonecznym praktycznie wszędzie, gdzie jej dostatecznie starannie szukamy (na Marsie, na księżycach Saturna, na planetoidach), nie oznacza to, że jej występowanie mogło we wszystkich tych miejscach umożliwić powstawanie choćby prymitywnego życia. Jej obecność wydaje się warunkiem koniecznym, choć niewystarczającym, by życie się zalęgło. Spekuluje się za to, że spore ilości wody odkrytej na Księżycu mogą być kiedyś wykorzystane przez przyszłych astro(kosmo-, tajko-, luno-)nautów. Nie chodzi jedynie o wodę do picia. Woda ta, po rozłożeniu na tlen i wodór mogłaby też stanowić źródło paliwa rakietowego i tlenu potrzebnego do oddychania.

Dlatego prawie 600 milionów dolarów wydanych na obie te misje (ok. 80 mln na LCROSS i przeszło 500 mln na LRO) to rodzaj inwestycji.