Aktuální číslo:

2018/10

Téma měsíce:

Navigace

Klementajn zpívala o Měsíci

Měsíc je rozeklanější
 |  5. 4. 1996
 |  Vesmír 75, 203, 1996/4

Nevím, zda-li „byla krásná, ...milá, ...chytrá, no prostě fajn“. Nejprve byla coby produkt „hvězdných válek“ utajená. Rozhodně neryla na zahrádce, nýbrž obíhala kolem Měsíce a měřila, mimo jiné, šikmé vzdálenosti k jeho povrchu laserovým dálkoměrem a svou relativní rychlost vůči jednotlivým místům na Měsíci dopplerovským způsobem. Nakonec z ní „vypadla“ krásná data – zde se zaměříme na topografii a gravitační pole Měsíce. Název projektu Clementine opravdu pochází z té staré balady „My Darlin’ Clementine“, známé u nás v podání Jiřího Suchého. Clementine, „the daughter of a miner“, asistuje v geologickém a geofyzikálním průzkumu Měsíce.

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.

Obrázky

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Astronomie a kosmologie

O autorovi

Jaroslav Klokočník

Prof. Ing. Jaroslav Klokočník, DrSc., (*1948) vystudoval geodézii na ČVUT v Praze. V Astronomickém ústavu AV ČR, v. v. i., v Ondřejově se zabývá dráhovou dynamikou umělých družic Země, družicovou altimetrií a gradientometrií. Od r. 2009 je profesorem na katedře vyšší geodézie Stavební fakulty ČVUT. Přednáší družicovou altimetrii na FSv ČVUT v Praze. (http://www.asu.cas.cz/~jklokocn; e--mail: jklokocn@asu.cas.cz)

Doporučujeme

Vlaštovka extrémista

Vlaštovka extrémista

Jaroslav Cepák, Petr Klvaňa  |  10. 10. 2018
Díky satelitní telemetrii se podařilo odhalit vpravdě neuvěřitelné výkony některých ptačích druhů. Nejznámějším je zřejmě osmidenní nonstop let...
Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

Velké umění astronavigace: Od astrolábu po sextant

Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
Staří mořeplavci prý určovali polohu své lodi podle hvězd. Tato rozšířená romantická představa je ale nesprávná. Metoda astronavigace nikdy nebyla...
Jak se neztratit na moři

Jak se neztratit na moři

Petr Scheirich  |  1. 10. 2018
Dle znamenitého pozorování Slunce a Měsíce shledávám naši zeměpisnou délku 178° 18' 30" západně od Greenwiche. Zeměpisná délka dle logu je 175°...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné