Klementajn zpívala o Měsíci

Sondu vyhotovili v r. 1992 (NASA a Ministerstvo obrany USA, Ballistic Missile Defense Organization). U Měsíce pobyla dva měsíce a pak měla být navedena na dráhu s cílem průletu kolem vybrané planetky. Za 71 dní (únor až květen 1994) vyslala Clementine 2 miliony digitálních obrázků Měsíce ve viditelné a infračervené oblasti spektra. Ty umožní důkladné globální mapování a rozmanité geologické a geofyzikální interpretace. Z laserového dálkoměru a z dopplerovských měření z oběžné dráhy dostáváme poprvé téměř globální pokryv daty pro studium topografie a gravitačního pole Měsíce.

Měření z Clementine se tudíž dotýkají téměř všech selenografických (cyntografických) šířek (a většiny délek); to je pokrok. Přesnost dopplerovských měření (změna vzdálenosti, tj. relativní rychlost sondy vůči měsíčnímu povrchu) je u Clementine až 0,25 mm/s (integrační čas 10 s), zatímco u starších Orbiterů byla mezi 0,35 a 5 mm/s (60 s). Laserový dálkoměr měří s přesností řádově desítek metrů (analogické přístroje na Zemi měřící šikmé vzdálenosti ke družicím, které ovšem musí být vybaveny koutovými odrážeči, mají vnější přesnosti až ±1 cm). Z vyslaných pulzů se zpět vrátí a je úspěšně zpracováno jen malé procento. Dráha Clementine v radiálním směru (vztaženo k hmotnému středu Měsíce) je určena na stovku metrů. Z toho dostáváme rámcovou představu o přesnosti, kterou lze očekávat pro popis topografie povrchu a parametrů gravitačního pole Měsíce či měsíčního selenoidu (vybrané plochy konstantního tíhového potenciálu).

Laserová měření z Clementine byla využita v novém modelu topografe GLTM-1 (Goddard Lunar Topography Model). Z 2 milionů měření bylo vybráno asi 72 300 „platných“ šikmých vzdáleností, pomocí nichž se vypočetlo převýšení vůči referenčnímu rotačnímu elipsoidu, viz obrázek. Rozsah převýšení je obrovský, dosahuje hodnot ±8 km, což je o 30 % více, než se dříve soudilo z neúplného pokrytí měřeními. Výsledky z Apolla 15 se omezovaly na úzký rovníkový pás. Tam, kde se stará a nová nezávislá měření překrývají, je souhlas asi na ±0,5 km, což odpovídá údajům o přesnosti měření a určení dráhy. Odborník by z obrázku vyčetl, že např. oblast Aitken u jižního pólu je dosud největším ve sluneční soustavě známým impaktním bazénem (průměr oblasti 2 500 km, hloubka 8 km pod referenčním elipsoidem). Pro orientaci na mapkách viz obrázek.

Už první analýzy dopplerovských měření vedly k objevu masconů, místních koncentrací hmot na Zemi neznámých. V rámci přípravy mise Clementine byla snaha zpřesnit určení její dráhy, kde v celkové chybě dominují gravitační poruchy. Model GLGM-1 (Goddard Lunar Gravity Model) zahrnuje výsledky dopplerovských měření z Clementine. (Modelem zde rozumíme soubor parametrů charakterizujících topografii nebo gravitační pole tělesa.)

V porovnání s geoidem je selenoid značně „neučesaný“, rozeklaný. Na malé vzdálenosti jsou i několikasetmetrové rozdíly převýšení, což na Zemi neznáme (největší „díra“ v geoidu je pod Indií, a to „jen“ asi 110 m vůči rotačnímu elipsoidu). Na geologicky živé Zemi měly vnější i vnitřní síly dost času zahladit důsledky impaktů (zejména z období velkého bombardování, kterým pravděpodobně prošly všechny planety). Od přírody malý Měsíc „zmrtvěl“ (vulkanizmus a tektonika ustaly) rychle po svém vzniku, takže dnes vidíme (až na nové impakty) stav de facto zakonzervovaný již 3 miliardy let.

Z gravitačního potenciálu Měsíce lze odvodit tíhové anomálie (opět vzhledem ke zvolenému referenčnímu tělesu). Mascony mají kladné tíhové anomálie a jsou to místa izostaticky nevyrovnaná. Výsledky z Clementine přesvědčují o tom, že mnohé mascony jsou obklopeny prstenci a zápornou tíhovou anomálií (vně moře). Také se ukazuje, že „horský terén“ je gravitačně „hladký“. Z tíhových dat lze za určitých předpokladů odvodit tloušťku měsíční litosféry („kůry“), viz obrázek. Litosféra má velmi proměnnou tloušťku téměř od nuly (pod mascony, např. pod Mare Crisium, 4 km Mare Orientale) až po enormních 100 km na „pevninské“ části odvrácené strany. Nerovnoměrnost tloušťky litosféry přispívá k posunu geometrického středu tělesa vůči jeho hmotnému středu o 1,68 ±0,05 km ve směru Země – Měsíc tak, že hmotný střed Měsíce je blíže Zemi než jeho střed geometrický.

Lze všem výsledkům z Clementine věřit? Jaká je reálná přesnost jednotlivých harmonických koeficientů nebo tíhových anomálií? V rámci tohoto sdělení je rozumné říci jen to, že tam, kde již chyby koeficientů začínají převyšovat vlastní signál, nejsou jednotlivé koeficienty věrohodně určeny. Nejmenší chyba je v centrální rovníkové oblasti, největší ve vybraných délkách daleko od rovníku a obráží přímo rozložení a přesnost vstupních dat. Jedině další sondy s výrazně jinými dráhami mohou výsledek změnit.

Astronomům „zcizili“ Měsíc a planety ,geologové‘ a ,geofyzikové‘. Nebeští mechanici a geodeti fungují jako služba: starají se o dráhu a dodávají měřická data. Myslím, že Clementine ukazuje názorně, že to dělají dobře.