Kapitola druhá
VELKÁ SRÁŽKA Vznik Měsíce
Stáří Země: 0 až 50 milionů let Základní myšlenka této knihy je, že planetární systémy se vyvíjejí – procházejí změnami. A co víc: každá fáze evoluce závisí na těch předchozích. Změny jsou často pozvolné a prostředí se mění v průběhu milionů či dokonce miliard let. Náhlé a nezvratné události ovšem mohou svět změnit v několika minutách. Tak tomu bylo i se Zemí. Z nespočetných úlomků a kusů se Země zformovala poměrně rychle, podle některých odhadů to dokonce netrvalo ani milion let. Ke konci tohoto procesu zaujímalo prostor budoucí Země několik desítek planetesimál o průměru ne větším než několik set kilometrů. V průběhu přibližně 100 tisíc let dosáhla naše planeta své současné velikosti a závěrečné fáze procesu proběhly za nepředstavitelně bouřlivých podmínek. Každých několik tisíc let narazila do budoucí Země miniplaneta a byla jí celá pohlcena. Země byla tehdy žhavá a temná koule posetá žhnoucími rudými trhlinami, z nichž vystřikovaly gejzíry magmatu. A nepřetržitě na ni dopadaly meteority. Každý z velkých meteoritů narazil do Země, vymrštil vypařující se horniny na orbitu a proměnil povrch na žhavou taveninu. Ve vesmíru ovšem panuje chlad. Po každém takovém velkém nárazu se proto povrch Země rychle ochladil a opět potemněl. Podivný Měsíc Tento příběh zrození Země je zdánlivě zcela v pořádku – až na jednu maličkost. Je jí Měsíc – maličkost příliš veliká, než aby ji šlo ignorovat, a po většinu posledních dvou století bylo velice
36 /
PŘÍBĚH ZEMĚ
PRIBEH ZEME.indd 36
13.2.2015 15:07:29
obtížné ji vysvětlit. Malé měsíce lze pochopit snadno. Phobos a Deimos, dva balvany o velikosti města, jež obíhají Mars, jsou pravděpodobně asteroidy zachycené působením gravitace. Desítky dalších měsíců obíhajících Jupiter, Saturn, Uran a Neptun jsou ve srovnání se svou planetou malé – jejich hmotnost většinou nepředstavuje ani tisícinu hmotnosti jejich hostitele. Největší z těchto měsíců, zformované ze zbytků původního protoplanetárního prachu a plynu, obíhají tyto giganty, jako by šlo o miniaturní solární systémy. Pozemský Měsíc je ale vzhledem k planetě, kterou obíhá, relativně veliký: jeho průměr odpovídá více než čtvrtině průměru Země a má zhruba osmdesátinu její hmotnosti. Kde se taková anomálie vzala? Historické vědy, zejména ty, které se zabývají Zemí a planetami, si zakládají na kreativních příbězích (i když tyto příběhy více či méně potvrzují fakta). Pokud pozorováním odpovídá více než jeden příběh, geologové často zaujmou opatrný postoj známý jako „různé pracovní hypotézy“, což je pojem dobře známý všem fanouškům detektivních novel. Před historickým přistáním Apolla na Měsíci na počátku roku 1969, získáním vzorků měsíčních hornin a podrobným geofyzikálním měřením vnitřku Měsíce měl „Případ velkého Měsíce“ tři hlavní podezřelé. První široce přijímanou vědeckou hypotézou byla tak zvaná teorie odtržení, nastíněná roku 1878 Georgem Howardem Darwinem (který není zdaleka tak slavný jako jeho otec Charles). Podle George Darwina se prvotní rozžhavená Země otáčela kolem své osy tak rychle, že se napínala a deformovala, až byla z jejího povrchu vyvržena na orbit kapka magmatu (čemuž napomohlo gravitační působení Slunce). Podle tohoto modelu je Měsíc jen část Země, která se osamostatnila. Jedna z variant dramatického příběhu má dokonce za to, že pacifická oceánská pánev není ničím jiným než poporodní jizvou. Alternativní teorie zachycení tvrdí, že Měsíc vznikl jako menší a samostatná planetesimála a ve vznikající sluneční soustavě se nacházel přibližně na témže místě jako Země. V určitém bodě VELKÁ SRÁŽKA
PRIBEH ZEME.indd 37
/ 37
13.2.2015 15:07:30
se obě tělesa přiblížila natolik, že větší Země přitáhla menší Měsíc a ten kolem ní začal obíhat po dráze, která se postupně stabilizovala. Tento kořistnický gravitační mechanismus dobře zafungoval pro menší skalnaté měsíce Marsu, tak proč ne pro ten pozemský? Třetí hypotéza, teorie společného růstu, předpokládala, že Měsíc vznikl plus minus na svém současném místě, a to z velkého oblaku zbytků po vytvoření Země, který kroužil kolem planety. Tato věrohodná myšlenka kopíruje vše, co víme o Slunci a jeho planetách i o velkých plynných planetách a jejich měsících. Je to obecné schéma, ke kterému ve sluneční soustavě docházelo znovu a znovu: menší objekty vzniknou z oblaků prachu, plynu a úlomků kroužících kolem větších objektů. Tři soupeřící hypotézy – která z nich je správná? Zvídavé mozky si musely počkat na data získaná analýzou měsíčních hornin. Více než 380 kilogramů vzorků pocházelo ze šesti míst, kde přistály lodi Apollo.
Přistání na Měsíci Měsíční program Apollo změnil planetární vědu v mnoha ohledech. Jistě, šlo o jedinečnou ukázku americké technologické převahy i odvahy. Nepochybně velice podpořil vojenskoprůmyslové odvětví. A bezpočet Apollem inspirovaných inovací, od minipočítačů po polymery a instantní nápoje, znamenal ekonomický impulz, který 20 miliard nákladů už mnohokrát zaplatil. Není proto překvapením, že nikoliv lunární věda, ale národní hrdost a soupeření o „první místo“ byly primárním hnacím motorem prvních nákladných a nebezpečných měsíčních misí. Pro geology mé generace však mise Apollo a získané vzorky měsíčních hornin znamenaly mnoho. Po celou historii lidstva byl Měsíc dráždivě blízko, pouhých 400 000 km od Země. Za jasných letních večerů, kdy se narudlý Měsíc vyhoupl na oblohu, jste mohli mít pocit, že je na dosah ruky. Ale neměli jsme žádné vzorky, nic, co by nám s jistotou řeklo, z čeho Měsíc vznikl a kdy
38 /
PŘÍBĚH ZEMĚ
PRIBEH ZEME.indd 38
13.2.2015 15:07:30
a jak. Díky první dávce měsíčních hornin jsme se poprvé v historii mohli Měsíce doslova dotknout (tak, jak to dnes může učinit kterýkoliv návštěvník Smithsonova institutu). K mému prvnímu seznámení s měsíčními vzorky došlo v zimě 1969–1970, v posledním roce mého studia na Massachusettském technologickém institutu a necelý půlrok po historické misi Apolla 11. Jeviště bylo připraveno o několik měsíců dříve, 24. července 1969, kdy se první lidé, kteří vstoupili na Měsíc, vrátili na Zemi. V oněch raných dnech měsíčních objevů diktovaly obavy z kontaminace mimozemskými mikroby astronautům i jejich vzorkům přísnou karanténu. Takže poté co jejich modul dopadl nedaleko Havaje do Pacifiku a byli vyzvednuti lodí USS Hornet, byli Neil Armstrong, Buzz Aldrin a Mike Collins s 20 kilogramy hornin a prachu nevyčíslitelné hodnoty neprodyšně uzavřeni do mobilní karantény NASA. Z Havaje byli převezeni do Houstonu do nové laboratoře pro zpracování lunárních vzorků, kde kosmičtí objevitelé i se svými převzácnými vzorky strávili tři týdny pod přísným dohledem pro případ, že by s sebou na Zemi přivezli něco nežádoucího. V průběhu dalších tří let následovala jedna mise Apollo za druhou. Měsíční modul Apollo 12 Intrepid s astronauty Charlesem Conradem ml. a Alanem Beanem přistál 19. listopadu 1969 a o týden později se vrátil s 32 kilogramy měsíčních hornin a prachu. Vzorky byly opět převezeny do karantény v Houstonu. Naštěstí byl můj konzultant, báječný a temperamentní David Wones, členem týmu pro předběžný výzkum vzorků dovezených Apollem 12. Malá skupina vědců zažívala skvostné dobrodružství, když podrobovala drahocennou druhou várku měsíčních vzorků analýzám na celém arzenálu analytických přístrojů. Daveovým oborem byla petrologie magmatických hornin – studium nerostů vznikajících z magmatu. Veškeré nerosty dovezené misemi Apollo 11 a 12 byly původem vyvřeliny, takže se nacházel v geologickém ráji. Jistým způsobem to byla velice náročná práce: být většinu měsíce zavřený s několika dalšími zapálenými vědci a pod VELKÁ SRÁŽKA
PRIBEH ZEME.indd 39
/ 39
13.2.2015 15:07:30
velikým tlakem shromažďovat data z nejdražších a nejvýznamnějších vzorků, které kdy byly získány. Ale také bylo velice vzrušující být mezi prvními lidmi, kteří zkoumají nerosty a prach z jiného světa – kosmický materiál, který nám jednou provždy objasní původ Měsíce. Já jsem poprvé zblízka pohlédl na Měsíc, když se Dave vrátil z Houstonu zpět do institutu. Vzpomínám si, jak se v dvanáctém poschodí Green Building otevírá výtah a vychází z něj obrýlený Dave v doprovodu dvou obrovitých, uniformovaných a ozbrojených federálních agentů. Ti hlídali lunární vzorky, které tehdy měly na sběratelském trhu cenu milionů dolarů. S každým miligramem se počítalo. Dave vypadal unaveně a byl nervózní; byl už dlouho pryč, neustále pod dozorem, a ještě na něj čekala spousta práce. Když se řeč stočí na měsíční vzorky, většina lidí si okamžitě představí nerosty, nejlépe větší, které může podržet v ruce. Ale většinu materiálu, který Apollo dovezlo, tvořil měsíční prach neboli regolit. Část regolitu s nejjemnějšími zrny tvoří prach z úlomků tak malých, že je nelze rozlišit ani pod mikroskopem; jde o výsledek působení řady kosmických vlivů od dopadů asteroidů až po neustálý sluneční vítr. Tento velice jemný prach má podivné vlastnosti. Především přilne ke všemu, čeho se dotkne, jako toner kopírky. Daveovým úkolem bylo přemístit část tohoto prachu z nádoby o rozměrech monočlánku do tří nebo čtyř menších nádob o velikosti tužkové baterie, aby je bylo možné rozdělit do okolních laboratoří. Zdá se to snadné. Vysypte prach z velké nádoby na nevelký list papíru s lesklým povrchem. A pak rozdělte jednotlivá množství do menších nádob. Dave byl zvyklý provádět podobné operace po stovkách a celé to nemělo trvat déle než minutu. Tentokrát byla ovšem ve hře vyšší sázka. Strážní přihlíželi s nepohnutými výrazy, malá kohorta studentů zvědavě přešlapovala. Dave uchopil velkou nádobu a jeho ruka se malounko zachvěla. Prach přilnul ke skleněným stěnám a vůbec se mu nechtělo ven. Poklepal na nádobku ukazovákem. Nic. Poklepal znovu.
40 /
PŘÍBĚH ZEMĚ
PRIBEH ZEME.indd 40
13.2.2015 15:07:30
Pak náhle všechen měsíční prach, ve skutečnosti jen hromádka o velikosti sněhové pusinky, ale za daných okolností se to zdálo hodně, vylétl ven – a šup! Prach se vznáší, obaluje Daveův prst, valí se přes okraj papíru, dopadá na stůl. Každý z nás vdechl několik částic nejvzácnějšího prachu na světě. Nikdo nepromluvil. Nebyla to vyslovená katastrofa. Přesypání prachu se nakonec podařilo a federálové roznesli podíly do jednotlivých laboratoří. Později nám to všem přišlo moc legrační. A za pár dní jsme si nad stůl, u něhož k té manipulaci došlo, pověsili krásně zarámovaný kousek papíru s téměř dokonalým otiskem levého ukazováku Davea Wonea získaným prostřednictvím měsíčního prachu. Následovala další čtyři přistání Apolla na Měsíci, která vyvrcholila v prosinci 1972. Apollo 17 přivezlo více než 108 kilogramů vzorků z údolí Taurus-Littrow, oblasti předpokládané sopečné činnosti. A tím to skončilo. Po další čtyři desetiletí se člověk na Měsíc nevrátil. Přesto ale měsíční horniny přepečlivě uchovávané ve sterilních depozitářích budovy pro lunární vzorky v Johnsonově vesmírném středisku NASA v Houstonu (s bezpečnou zálohou na Brooksově letecké základně v San Antoniu v Texasu) nadále skýtají výzkumníkům řadu nových informací. Několik let po poslední misi Apolla poskytly tyto vzorky první skutečnou práci i mně. Jako postgraduální student jsem tehdy působil v Geofyzikální laboratoři Carnegieho institutu. Mým úkolem bylo prozkoumat hromádky „prášku“ z Apolla 12, Apolla 17 a Luny 20 (což byla jedna ze tří sovětských nepilotovaných misí, jež na Zemi dopravila asi 150 gramů vzorků). Jemný měsíční prach obsahuje mnoho částic odpovídajících velikostí zrnkům písku a já měl trávit čas tím, že budu tisíce těchto zrn zkoumat pod mikroskopem a hledat nádherné zelené a rudé krystalky minerálů a drobounké zlatavé kuličky barevného skla – pozůstatky miliard let trvajícího bombardování měsíčního povrchu meteority. VELKÁ SRÁŽKA
PRIBEH ZEME.indd 41
/ 41
13.2.2015 15:07:30
Jakmile izoluji pár desítek slibných exemplářů, podrobím každé neobvyklé zrno třem různým analýzám. Nejprve přišla na řadu rentgenová difrakce jednotlivých krystalů. Ta měla určit, o jaký nerost jde. Většina mých studií se soustředila na běžné minerály: olivín, pyroxen a spinel. Až se mi podaří nalézt vhodný krystal, měl jsem zrno opatrně zorientovat a změřit absorpční spektrum – určit, jak krystal pohlcuje světlo o různých vlnových délkách. Například zelené krystaly olivínu pohlcují červené světlo, zatímco rudé krystaly spinelu vykazují větší absorpci v zelené části spektra. Měřil jsem i spektra neobvyklých krůpějí skla a snažil se zachytit výkyvy prozrazující přítomnost vzácnějších prvků, třeba chromu nebo titanu. Zjištění nevýrazného vrcholu křivky na 625 nanometrech, naznačujícího lehkou absorpci červeného a oranžového světla, která charakterizuje měsíční chrom (pozemský chrom se chová jinak), se stalo pamětihodným okamžikem „objevu“. A když bylo hotovo měření rentgenových a absorpčních spekter, použil jsem důmyslnou elektronovou mikrosondu, abych stanovil přesný poměr prvků ve vzorcích. Znovu a znovu jsem potvrzoval to, co už zjistili jiní: minerály na povrchu Měsíce se sice v hlavních rysech podobají pozemským, ale v detailech se od nich velice liší. Obsahují více titanu a chrom má jiné vlastnosti. Tyto a další nové poznatky získané ze vzorků dovezených Apollem vážně zpochybnily různé teorie o vzniku Měsíce. Za prvé se ukázalo, že se Měsíc od Země výrazně liší. Jeho hustota je mnohem nižší, nemá velké a těžké jádro tvořené kovy. Zemské jádro představuje téměř třetinu hmotnosti planety, nevelké jádro Měsíce méně než 3 % jeho hmotnosti. Za druhé, měsíční horniny prakticky neobsahují stopy nejtěkavějších prvků – těch, které se při zvýšených teplotách vypařují. Dusík, uhlík, síra a vodík, prvky tak běžné na povrchu Země, v měsíčním prachu zcela scházejí. To znamená, že na rozdíl od Země, která je pokryta kapalnou vodou a jejíž půdy obsahují minerály bohaté na vodu, jako jsou jílové minerály a slídy, astronauti
42 /
PŘÍBĚH ZEMĚ
PRIBEH ZEME.indd 42
13.2.2015 15:07:30
z Měsíce žádné minerály obsahující vodu nepřivezli. Něco muselo způsobit, že tyto těkavé látky z povrchu Měsíce zmizely, takže je nyní beznadějně vyprahlý. Třetí klíčové zjištění souvisí s kyslíkem, respektive s distribucí jeho izotopů. Každý chemický prvek je definován počtem pozitivně nabitých protonů ve svém jádru. Číslo je jedinečné – kyslík je jen jiné slovo pro „atom s osmi protony“. Atomové jádro rovněž obsahuje další částice: elektricky neutrální neutrony. Více než 99,7 % atomů kyslíku ve vesmíru má osm neutronů (osm protonů a osm neutronů tvoří izotop označovaný jako kyslík 16O), zatímco vzácnější izotopy s devíti nebo deseti neutrony (17O a 18O) tvoří jen zlomek procenta. Izotopy kyslíku 16O, 17O a 18O se po chemické stránce chovají naprosto stejně – můžete dýchat jejich libovolnou směs a žádný rozdíl nezaznamenáte. Mají ovšem různou hmotnost. Izotop 18O je těžší než 16O. A kdykoliv látka obsahující kyslík přejde z pevného stavu do kapalného anebo z kapalného do plynného, méně hmotný izotop 16O snáze vstupuje do přirozeného koloběhu. V turbulentním prostředí vznikající sluneční soustavy byly takové stavové změny běžné a jejich výsledkem jsou proměnlivé poměry izotopů kyslíku. Ukázalo se, že poměr kyslíku 16 vůči kyslíku 18 se liší planetu od planety a je velice citlivý na vzdálenost planety od Slunce v době jejího vzniku. Horniny dovezené Apollem odhalily, že poměr izotopů měsíčního kyslíku je téměř totožný s poměrem pozemského kyslíku. Jinými slovy, Země a Měsíc musely vzniknout v přibližně stejné vzdálenosti od Slunce. Kam tedy tyto objevy posunuly tři navzájem neslučitelné hypotézy o vzniku Měsíce? Teorie společného původu byla problematická od samého počátku. Kdyby Měsíc vznikl z téhož materiálu jako Země, musel by mít přibližně stejné složení. Jisté, Měsíc a Země se shodují co do poměru izotopů kyslíku, jenže obrovské rozdíly v obsahu železa a těkavých látek nelze vysvětlit. Složení Měsíce je zkrátka příliš odlišné, než aby mohl vzniknout na témže místě a z téhož materiálu jako Země. VELKÁ SRÁŽKA
PRIBEH ZEME.indd 43
/ 43
13.2.2015 15:07:30
