České vysoké učení technické Fakulta stavební
SEMESTRÁLNÍ PRÁCE Geografie 2 Adam Sadecký
Měsíc a jeho dobytí
2012
Název práce: Měsíc a jeho dobytí Autor: Adam Sadecký E-mail:
[email protected] Abstrakt: Tento text je určen všem zájemcům z řad široké veřejnosti. Práce zahrnuje základní údaje o Měsíci. Dozvíme se jak vznik a následně vyvíjel po miliardy let. Dále ukazuje na to, jak vypadá jeho povrch a složení. Měsíc se ve vesmíru pohybuje a s ostatními vesmírnými tělesy tvoří zajímavé jevy. Z důvodu dostupné vzdálenosti od Země, je to také jediné místo, mimo planetu Zemi, kde mohl člověk vystoupit na povrch. Text je doplněn názornými obrázky. Klíčová slova: Měsíc, měsíční „moře“, impaktní krátery, Apollo 11
Title: The Moon and its conquest Author: Adam Sadecký E-mail:
[email protected] Abstract: This text is intended for all interested members of the general public. The work includes basic information about the Moon. We will learn how the formation and subsequently evolved over billions of years. Also shows how it looks and its surface composition. The moon moves in space and other space bodies is an interesting phenomena. Because a reasonable distance from the Earth, it is also the only place beyond Earth where one could get off the surface. The text is supplemented with graphic pictures. Keywords: Moon, lunar "seas", impact craters, Apollo 11
2
Obsah: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Úvod …………………………………………………………………………………………………… Vznik a vývoj Měsíce …………………………………………………………………………… Povrch a složení Měsíce ……………………………………………………………………… Pohyby Měsíce …………………………………………………………………………………… Měsíc a ostatní tělesa …………………………………………………………………………. Dobytí Měsíce …………………………………………………………………………………….. Závěr ………………………………………………………………………………………………….. Literatura …………………………………………………………………………………………….
3
4 5 6 8 9 11 13 13
1. Úvod Tématem této seminární práce je Měsíc. Měsíc je nejbližším nebeským tělesem naší Země. Jako Měsíc, satelit neboli družice, je označováno kosmické těleso, které doprovází některou planetu. Některé planety, jako např. Venuše, nemají žádné měsíce, naproti tomu Jupiter má 63 měsíců. Planetu zemi doprovází jeden Měsíc. Obíhá kolem Země ve střední vzdálenosti 384 401 km, přičemž jeho oběžná dráha neopisuje kruh, ale elipsu. Vzdálenost Země-Měsíc tedy podléhá pravidelným změnám, a proto se nám zdá v různých obdobích různě velký. Měsíc je podstatně menší než Země, zaujímá pouze třináctinu jejího povrchu a jeho průměr měří na jeho rovníku 3 476 km, což je méně než čtvrtina průměru Země. První přistání člověka na Měsíci v roce 1969 vešlo nejen do historie kosmonautiky, nýbrž představovalo mezník ve vývoji lidstva. Sen letět na Měsíc se stal skutečností, vyspělá technika umožnila vykročení do vesmíru.
4
2. Vznik a vývoj Měsíce V současné době vycházíme ze skutečnosti, že planety a měsíce vznikly asi před 4,6 mld. let. Vznikali v nesmírně pomalém procesu z ohromného kotouče prachu a světla, který obklopoval Slunce. Vznik Měsíce není přes veliké množství dat, která dodaly kosmické lety, dodnes jednoznačně vysvětlen. Věda diskutuje již déle o různých teoriích. Například, že Měsíc se vytvářel společně se Zemí jako dvojplaneta na témže místě z pramlhoviny, nebo že vznikl v mladé sluneční soustavě daleko od Země a pak byl „zachycen“ její přitažlivou silou. Nejnovější teorie tvrdí, že Měsíc vznikl z materiálu Země při srážce s kosmickým tělesem velikostí srovnatelným s Marsem. Ze Země byla vylomená část kůry a pláště. Vylomený materiál obíhal kolem Země a stmelil se vlastní gravitací. Asi před 4,6 mld. lety, při „zrození“, byl Měsíc rozžhaveným tělesem. Tato hmota chladla zvnějšku dovnitř a vytvořila se kůra jako obal jádra. Povrch této kůry byl během 500 mil. let vystaven bombardování četných větších a menších meteoritů, které rozbíjeli horniny, čímž vznikala na jeho povrchu vrstva suti a nespočetné impaktní krátery (prohlubně přibližně kruhového tvaru). Při kolizích s gigantickými tělesy vznikaly krátery obrovských rozměrů a několik pánví, tyto velké pánve jsou prokázány i v období před 3,9 mld. lety. Již tři miliardy let nezaznamenal měsíční povrch téměř žádné změny. Stopy, které po sobě kosmonauti zanechali, budou patrně viditelné za miliony let, jestliže nebudou porušeny zásahem meteoritů. U naší Země tuto stabilitu neznáme, působením ledovců, větru a počasí a v neposlední řadě biologickými procesy podléhají jednotlivé krajiny na Zemi pomalým, ale stálým změnám. Na Měsíci však chybí základní předpoklady pro tyto vlivy, protože nemá atmosféru. Proto není a nebude život na Měsíci, s výjimkou zvlášť chráněných výzkumných stanic, možný. Sopečné výbuchy a „měsícetřesení“, které mohou silně pozměnit povrch, již nelze očekávat.
5
3. Povrch a složení Měsíce Měsíc je mnohem menším kosmickým tělesem než Země, má však poměrně větší povrch, z tohoto důvodu je chladný až do hlubších vrstev. Dlouhou dobu se dokonce pochybovalo o tom, zdali má Měsíc vůbec žhavé tekuté jádro. Avšak s měřením tepla, které provedlo Apollo 15 a 17, prokázali existenci relativně malého měsíčního jádra. Na rozdíl od kůry nebylo jeho nitro ještě dlouho vychladlé. V době před 3,9 - 3,2 mld. let docházelo k mocným erupcím lávy. Ze žhavého tekutého jádra pronikala láva na povrch a zaplavila pánve, láva v pánvích vychladla a získala tmavé zbarvení, pánve jsou dnes vidět pouhým okem jako tmavé čedičové nížiny. Tyto temné roviny, nazývané ve staré terminologii nevhodně moře, se výrazně liší od světlých hornin Měsíce. „Moře“ Měsíce V dobách, kdy byl člověk při výzkumu Měsíce odkázán na pouhé oko, považoval zchladlé lávové roviny za vodní plochy. Moderní věda tento dojem opravila. Dnes víme, že na Měsíci žádná voda není. Vzhledem k jeho omezené velikosti je jeho přitažlivá síla tak nepatrná, že by vodu ani nemohl vázat. Avšak názvy „moře“ a „jezera“, která historická astronomie používala pro popis měsíčního povrchu, se dodnes používají. Na současných mapách a globusech tak nalezneme názvy jako Mare Nubium (Moře mraků) a Sinus Aestum (Záliv zátop) nebo dokonce „oceány“. Oceanum Procellarum (Oceán bouří) byl zaplněn lávou před 3,2 mld. lety. Měsíční moře mají na rozdíl od ostatního povrchu jen málo kráterů. Předpokládá se tedy, že po jejich vzniku před 3 mld. let již nebyly tolik bombardovány většími meteority, takže se nevytvořily žádné nové.
6
Kráterová krajina Měsíce Vedle tmavých, téměř rovinatých území – mare, vykazuje povrch Měsíce světlá území – terra, bohatě členitá území s mohutnými pohořími, hlubokými údolími a příkopy. Charakteristickými jevy v této krajině jsou krátery, které vznikly před miliardami let bombardováním meteoritů. Pouze přivrácená strana Měsíce jich čítá kolem 30 tis., některé mají průměr až 250 km a výšku valu 10 km. Rozlišují se krátery tří velikostí: malé krátery o průměru do 20 km, prstencovitá pohoří s průměry do 100 km, valové roviny o průměru větším než 100 km. Ze Země jsou vidět krátery o průměru větším než 400 m. Teprve kosmonauti objevili četné menší krátery. Asi 60 kráterů na Měsíci vykazuje zvláštnosti. Vysílají záření, složené zřejmě ze světlého prachu, který vznikl při nárazu meteoritu. Tři z těchto jmenovaných kráterů – Copernikus, Tycho a Kepler – nesou jména slavných astronomů raného novověku, z českých jmen je to Anděl, Bečvář a Purkyně. Složení Měsíce Měsíc má miskovitou strukturu s několika vrstvami. Na povrchu se nachází relativně tenká vrstva prachu a úlomků hornin, která vznikla nanášením a impakty. Vrstva pod ní sahá do hloubky 16 km. Asi v hloubce 65 km se nachází vlastní kůra Měsíce. Po ní následuje do hloubky 1 000 km plášť, následuje jádro, v jehož středu převládají teploty kolem 1 200 °C. Za všechny tyto poznatky vděčíme cestám do vesmíru. Dnes proto rovněž víme, že bazaltové měsíční horniny, které kosmonauti přinesli, mají totéž chemické složení jako horniny na Zemi.
7
4. Pohyby Měsíce Měsíc se otáčí současně kolem své vlastní osy a kolem Země. Jelikož doba otočení se kolem své osy je stejná, jako doba oběhu kolem Země, obrací k Zemi stále stejnou část svého povrchu, tj. viditelnou polokouli. Takové otáčení se nazývá vázaná rotace. Slovo měsíc souvisí s tím, že Měsíc potřebuje k jedné otáčce kolem Země dobu 27,32 dne tzv. siderický měsíc. Protože se Měsíc neotočí jako Země kolem své vlastní osy za 24 hodin, ale pouze jednou za měsíc, zažil by obyvatel Měsíce také jen jednou za měsíc východ slunce. Proto „dny a noci“ netrvají na Měsíci 12 hodin, nýbrž vždy dva týdny. To znamená, že určitá oblast je po dva týdny ozářena Sluncem, přičemž vzhledem k absenci atmosféry vystupují teploty až na 120°C, zatímco při dvoutýdenní temnotě poklesnou až na -150°C. Librace Protože rotace Měsíce je vázaná, obrací Měsíc k Zemi stále jen jednu polovinu. To však neznamená, že pozorovatel ze Země vidí pouze polovinu měsíčního povrchu. Vidí 59% povrchu. Souvisí to s librací, zdánlivým kolísáním měsíčního disku. Vypadá to tak jakoby někdy „kývl hlavou“. Tento dojem souvisí s eliptickou drahou jeho oběžné dráhy a se sklonem jeho rotační osy. Určitou roli hraje i postavení pozorovatele na Zemi. Rotační osa Měsíce není totiž kolmá k rovině jeho oběžné dráhy, takže pozemský pozorovatel vidí v určitém okamžiku za severní pól a o 14 dní později za jižní pól (librace v šířce). Fáze Měsíce Měsíc se neotáčí pouze kolem Země, ale společně s ní také kolem Slunce. Fáze je osvětlená část viditelná z povrchu Země. Při novoluní (nov) je Měsíc mezi Zemí a Sluncem. V obecném chápání je nov jednou za měsíc. Ale i zde je věda podstatně přesnější, podle měření trvá 29,53 dne, tj. doba od novu k následujícímu novu, tzv. sinodický měsíc. Během tohoto období mění pro pozorovatele svou ozářenou část. Definujeme čtyři fáze: nov, první čtvrť (vidíme tvar písmene D, Měsíc „dorůstá“), úplněk (vidíme celou osvětlenou polokouli), poslední čtvrť (vidíme srpek ve tvaru písmene C, Měsíc „couvá“).
8
5. Měsíc a ostatní tělesa Země a Měsíc Ve vesmíru vládne stabilní rovnováha, která se vysvětluje fyzikálními jevy – přitažlivostí a odstředivou silou. Obě tyto síly udržují Měsíc na jeho oběžné dráze kolem Země. Protože Země má větší hmotnost něž Měsíc, je rovněž její přitažlivá síla větší. Skutečnost, že Měsíc na Zemi „nespadne“, souvisí s odstředivou silou Měsíce, která působí proti přitažlivosti Země. Jestliže jsou obě tyto síly v rovnováze, zůstává vše v harmonii. Odstředivá síla vzniká jeho otáčením. Kolem Země se otáčí stálou rychlostí 3 659 km/h, jeho dráha je eliptická. Stíny Země a Měsíce Stínem rozumíme prostor za kosmickým tělesem, kam nedopadá světlo. Těleso stojí tedy v jedné přímce mezi zdrojem světla a svým stínem. Rozlišujeme stíny, kam vůbec nedopadá světlo, a polostíny, na něž padá část světla. Také Země a Měsíc vrhají své stíny. Měsíc má stín ve tvaru kužele, jeho základnou je průřez Měsíce a prostírá se za ním směrem od Slunce. Stín Země je větší, jeho základna je průřez Země a výška přes 1 mil. km, prostírá se za ní směrem od Slunce. Slunce a Měsíc Měsíc sám nesvítí, svítí odraženým slunečním světlem. Nemění se a zůstává stále kulatým kosmickým tělesem, který při úplňku vnímáme jako kulatý kotouč. V této fázi je totiž celá polovina Měsíce viděná ze Země ozářena Sluncem; na rozdíl od novu, kdy je Měsíc se Sluncem v konjunkci a je osvětlena odvrácená strana Měsíce. Zatmění Slunce Nastane-li za jasného dne náhle noc, zadrží lidé dech. Můžeme si představit, jak lidé dříve zcela neinformováni astronomickými výpočty, na tuto událost reagovali. Dnes se jen málokdo zalekne a obává zatmění Slunce, avšak podívanou na tento řídký kosmický jev si málokdo nechá ujít. Zatmění Slunce nastane, je-li sluneční disk zakryt Měsícem. Tato konstelace nastane za tří předpokladů, které musejí nastat současně. Měsíc musí být v novu a současně v uzlu měsíční dráhy (uzel je průsečík měsíční dráhy s ekliptikou). Nov musí být v ekliptice nebo blízko ní. Měsíc musí být na své oběžné dráze mezi Sluncem a Zemí. Jestliže jsou tyto tři předpoklady splněny, dojde k úplnému zatmění Slunce. Zatmění však není na celé zeměkouli. Neboť vrchol kuželovitého měsíčního stínu vytváří na Zemi pouze stín o průměru maximálně 270 km, který se pohybuje 9
od západu na východ průměrnou rychlostí 580 m/s. Pouze místa, která se nalézají v této zóně, vykazují úplné zatmění Slunce s maximální dobou trvání 7,6 min. V případě, že Měsíc zakrývá jen část slunečního disku, jedná se o částečné zatmění. Další formou zatmění je prstencové zatmění. Nastává za podmínky, jestliže se Měsíc nalézá tak daleko od Země, že kužel měsíčního stínu nedosáhne na povrch Země. Sluce se pak jeví pozorovateli na Zemi jako světlem ozářený prsten kolem zcela ztemnělého kotouče. Zatmění Slunce se opakují přibližně po 18 letech a 10 dnech.
Zatmění Měsíce Zatmění Měsíce vznikne, jestliže Země stojí mezi Měsícem a Sluncem. Za Zemí se táhne kuželový stín do vzdálenosti přes 1 mil. km. Vstoupí-li Měsíc do stínu Země, nastává úplné zatmění Měsíce (totalita), jestliže prochází stínem jen částečně, nastává částečné zatmění Měsíce. Zatmění Měsíce může nastat, pouze je-li Měsíc v úplňku, ale nemusí vždy, neboť Měsíc se většinou pohybuje nad nebo pod stínem Země. Přesto je zatmění Měsíce poměrně častým jevem. V našich zeměpisných šířkách lze tento jev pozorovat dvakrát až třikrát ročně. A tato četnost je též příčinou toho, že zatmění Měsíce vzbuzuje mnohem méně pozornosti než zatmění Slunce.
10
6. Dobytí Měsíce Druhá polovina dvacátého století vešla do dějin jako epocha dobývání vesmíru. Počátkem vlastních cest do vesmíru byl start sovětské rakety Sputnik 1. V témže roce byl vypuštěn do vesmíru první živý tvor – fenka Lajka. Zahynula, protože její ochranné oblečení nemělo dostatečné izolační vybavení proti přehřátí. Do rozhodující fáze vstoupilo uskutečňování lidského snu v roce 1959, když sovětská sonda Lunik 2 bez lidské posádky přistála na povrchu Měsíce (tvrdé přistání) a v témže roce přinesl Lunik 3 první snímky doposud zcela neznámé odvrácené strany Měsíce. Luniku 9 se v roce 1966 podařilo první měkké přistání. Mezník v pronikání do vesmíru byl položen již v roce 1961, kdy ruský kosmonaut Jurij Alexejevič Gagarin v kosmické lodi Vostok 1 obletěl jako první člověk Zemi a byl seznámen s problémy beztížného stavu. Od roku 1960 zesílily rovněž Spojené státy úsilí v mírovém pronikání do vesmíru. Jejich program byl nazván Apollo a vyhlášeným cílem bylo vyslání člověka na Měsíc. V letech 1964 – 1968 bylo v rámci programu Apollo vykonáno šest letů bez lidské posádky a v letech 1968/69 čtyři řízené lety. Tři kosmonauti na Apollu 8 oblétli Měsíc a mohli se přesvědčit o vlastnostech jeho odvrácené strany, kterou nikdy předtím člověk na vlastní oči neviděl. Všechny tyto mise, ať s posádkou či bez ní, sloužily ke shromažďování fotografií, údajů a vzorků materiálu, které pak vědci vyhodnocovali. Člověk se musel o Měsíci dozvědět co nejvíce, než mohl pomýšlet na přistání na něm. Pomalu narůstala jistota, že se člověku skutečně zdaří dobýt pro sebe jedno z kosmických těles. Bylo to období studené války, ideologických konfliktů a závodů ve zbrojení mezi oběma supervelmocemi, Spojenými státy a Sovětským svazem. Z toho těžil i kosmický výzkum, neboť technika vojenských mezikontinentálních raket se zásadně neliší od mezikontinentálních raket určených k mírovým účelům. S vývojem třístupňové rakety Saturn 5, vysoké 110 m, se amerických technikům podařil průlom. Mohla posloužit jako nosná raketa pro kosmickou loď Apollo o váze 43 tun. Šest set milionů televizních diváků na celém světě sledovalo 16. července 1969 živě start Apolla 11 na televizních obrazovkách. Kosmonauti Neil Armstrong, Edwin Aldrin a Michael Collins opustili zemi. Při rychlosti 28 200 km/h urazila kosmická loď za pouhé tři dny vzdálenost 380 000 km na Měsíc. 20. července nastoupili Armstrong, velitel mise, a Aldrin do měsíčního modulu Eagle (Orel) a oddělili ji od mateřské lodi, která kroužila ve výšce 110 km na parkovací dráze kolem Měsíce, aby se do ní po úspěšné misi opět vrátili. Přistání na Měsíci se uskutečnilo v Moři klidu, pouze několik kilometrů od předem vypočítaného místa přistání. Všechno proběhlo bez větších problémů a na Zemi přišla rádiová zpráva: „Orel přistál.“ 21. července 1969 v 3:56 h středoevropského času sestoupil Neil Armstrong jako první člověk na Měsíc, Aldrin ho následoval o 13 minut později. V přímém televizním přenosu mohli diváci doma sledovat, jak se oba kosmonauti pohybovali v ochranných oděvech na Měsíci a plnili své úkoly. Sbírali vzorky hornin, postavili 11
seizmograf a reflektor pro sluneční paprsky a v neposlední řadě rozvinuli americkou vlajku. Na Zemi vyvolaly fascinující snímky ohromné nadšení. Neuvěřitelné se stalo skutkem, jedna z nejdobrodružnějších cest lidstva dosáhla svého cíle. Oba Američané se zdrželi na Měsíci dvě hodiny a pak nastoupili opět do měsíčního modulu. Zatímco jeho spodní část, startovací rampa, zůstala na povrchu Měsíce, horní část se oddělila a dosáhla podle plánu velitelského stanoviště. 24. července byla mise úspěšně ukončena. Tři měsíční poutníci přistáli zdrávi v Tichém oceánu. „Byl to malý krok pro člověka, ale velký krok pro lidstvo.“ Neil Armstrong touto památnou větou nastolil po svém přistání otázku, jaký užitek bude skutečně mít lidstvo z dobytí Měsíce, které si vyžádalo neskutečně finanční náklady. Také po roce 1969 následovaly na Měsíc lety Apollo s posádkou a sovětské sondy bez posádky. V roce 1970 byly získány další půdní vzorky z Měsíce a ve stejném roce bylo použito první dálkově řízené měsíční mobilní vozidlo. Byly zřízeny výzkumné stanice a měsíční vozidla pomáhala překonávat větší vzdálenosti.
12
7. Závěr Měsíc a jeho vývoj, jeho povrch a nitro byly zevrubně prozkoumány. Byly přitom použity techniky budoucnosti, technologie jako mikroelektronika, byly použity a testovány nové látky, které umožnili pokrok lidstva. Dnes se výzkum soustřeďuje na stále vzdálenější cíle ve vesmíru, na hledání nových poznatků o vzniku vesmíru, nebo dokonce obydlených planetách.
8. Literatura [1] Otto Zwettler (2004): Planeta Země. Euromedia group k. s., Bratislava (překlad z německého originálu Die grosse Encyklopädie der Welt, Verlag Wolfgang Kunth GmbH & Co KG, 2002/2003) [2] Václav Svojka & Co (1999): Velká obrazová všeobecná encyklopedie. Nakladatelství Václav Svojka & Co, Praha Internetové odkazy: http://cs.wikipedia.org/wiki/Měsíc Pro vyhledávání obrázků byl použit internetový vyhledávač Google.
13
