For halvtreds år siden denne måned tillade NASAs Apollo 8-mission menneskelige øjne at se fjernsiden af Månen direkte for første gang. Det kraterpokede land, som besætningen så, da de slyngede sig omkring Månen, var helt skjult indtil 1959, da Sovjetunionen Luna 3 sendte sort / hvide billeder af det grå landskab, tomgang og næsten uændret i milliarder af år. Men det næste kapitel i efterforskning på denne ustyrede jord forventes at sparke lidt af det langvarige månestøv.
I dag løftede en kinesisk raket med lang mars 3B et rumfartøj, der vil forsøge den første nogensinde bløde landing på månens fjernside: Chang'e-4. Fartøjet forventes at gøre sin landing en gang mellem 1. og 3. januar efter et fem-dages krydstogt til Månen, indsættelse af månens bane og et par kursus korrektioner som forberedelse til solopgang over det formodede landingssted ved Von Kármán krater i slutningen af december.
Siden Kina startede sit måneprojekt i begyndelsen af 2000'erne, har Kina hurtigt fremskredt for at blive den eneste nation, der har blødt landede (i modsætning til med vilje påvirket) noget på Månen siden den sovjetiske Luna 24 prøve-return-mission i 1976. den robotmæssige Chang'e-3 lander og rover på Mare Imbrium i december 2013, Kina blev kun det tredje land til at opnå en månelanding. Succesen gjorde det muligt for landet at genbruge et backup-rumfartøj, der blev fremstillet på samme tid til en endnu mere ambitiøs mission.
I 2015 annoncerede Kina, at reserve Chang'e-4-rumfartøjet, en lander og lille rover, ville blive brugt til en banebrydende mission til at lande på fjernsiden af Månen - en bedrift, der aldrig er blevet forsøgt på grund af dens kompleksitet.
Et billede af Chang'e-3 lander på overfladen af Månen taget af den lille rover, Yutu, som landeren udbredte efter touchdown. (Det kinesiske videnskabsakademi / Kinas nationale rumadministration / Videnskabs- og anvendelsescentret for efterforskning af måne og dybe rum Rumfartøjet, med en samlet masse på næsten fire tons, vil bære otte instrumenter og videnskabelig nyttelast. Disse værktøjer vil blive anvendt i lavfrekvente radioeksperimenter, idet de drager fordel af den unikke radiostille yderside, afskærmet af Månen mod kakofonien af jordbaserede radiosignaler. Videnskabelige eksperimenter på Chang'e-4 vil også undersøge interaktioner mellem solvindpartikler med månens overflade, gennemføre geologisk analyse fra jorden og udføre mineralogiske undersøgelser af regolit og klippe.
Deltagelse i turen vil være det første månens biosfæreksperiment, designet af studerende på universiteter over hele Kina, som består af en dåse, der indeholder silkeormæg, kartoffelfrø og Arabidopsis - en blomstrende plante, der er vidt brugt i rumforskning. Med vand, luft og næringsstoffer til organismerne vil forskere undersøge respiration og fotosyntesen af det første liv til rejsen til ydersiden af overfladen.
***
Landing og betjening af et rumfartøj på fjernsiden af Månen er særligt udfordrende takket være fænomenet tidevandslåsning. Jordens gravitationsindflydelse har over tid bremset Månens rotationsperiode for at svare til den tid, det tager at afslutte en bane omkring Jorden. Som et resultat står den samme side af Månen altid overfor dem af os på jorden. For at sende kommandoer til den anden side kræver en mission som Chang'e-4 nogle innovative kommunikationsløsninger.
For at kontakte rumfartøjet under og efter landingen lancerede Kina en relæ-satellit ved navn Queqiao i maj med en stor parabolantennen. Satellitten er placeret i en halo-bane på et stabilt punkt omkring 65.000 til 85.000 kilometer ud over Månen, kendt som det andet Earth-Moon Lagrange Point. Fra denne aborre har Queqiao konstant synssyn med både jordbaserede jernbanestationer og Chang'e-4s landingssted.
Det første billede, der nogensinde er taget af månens fjernside, afslører overfladefunktioner, der adskiller sig markant fra nærsiden. Billedet blev taget af det sovjetiske rumfartøj Luna 3 den 7. oktober 1959. (Public Domain) Men den ekstra indsats for at komme dertil burde være det værd. Opgaven tillader ikke kun rumobservationer uden elektromagnetisk interferens fra Jorden, men månens fjernside lover også indsigt i Månens og Jords historie og udvikling. I årtier har forskere været ivrige efter at undersøge det store område kendt som Sydpolen-Aitkenbassinet (SPA), der strækker sig fra Sydpolen op til Aitken-krateret.
SPA-bassinet er omkring 2.500 kilometer i diameter og 12 kilometer dybt, hvilket gør det til et af solsystemets største og ældste slagkratre. Jorden i dette område kunne indeholde eksponeret materiale fra den dybere månemantel, der presses til overfladen under de store belastninger for milliarder af år siden. Og i betragtning af at mange astronomer mener, at Månen er dannet af det samme materiale som Jorden, kunne SPA-bassinet potentielt give information om, hvordan proto-Jorden så ud, lige efter den teoretiske kollision, der dannede Månen. Engang efter denne kollision skød livet rod, og fjernsiden af Månen kan tilføje et par stykker til det puslespil.
Landingsstedet, skønt det ikke er officielt bekræftet, forstås at være den sydlige etage af Von Kármán-krateret. Bradley Jolliff, professor i jord- og planetarisk videnskab ved Washington University i St. Louis, bemærker, at det valgte sted i Von Kármán er relativt glat på grund af den gamle lavastrøm, der tilbyder en sikrere landing.
Meng Zhiguo, professor ved College of Geoexploration Science and Technology, Jilin University, og medforfatter af papirer på landingsstederne til kandidaterne i Chang'e-4, er især interesseret i den mulige indsigt, som missionen kunne tilbyde i sammensætningen af månens fjerne side blev muliggjort af to spektrometre, der flyver på rumfartøjet, det synlige og nær-infrarøde billedspektrometer (VNIS) og lavfrekvensspektrometret (LFS).
”Kraterbundets sammensætninger med hoppebalter giver direkte bevis for hoppevulkanismen på månens fjernside, hvilket er nyttigt til yderligere at forstå forskellen i hoppevulkanismen mellem nærsiden og ydersiden, ” siger Meng.
Den lille rover, Yutu (som betyder Jade Rabbit på kinesisk), efter at han var udsat fra Chang'e-3 lander. (Det kinesiske videnskabsakademi / Kinas nationale rumadministration / Videnskabs- og anvendelsescentret for efterforskning af måne og dybe rum Den nærmeste side af månens overflade har mange store basaltiske sletter kendt som maria. Hver hoppe blev skabt af vulkanudbrud i den fjerne fortid, og de kan ses som mørke flade områder med det blotte øje. Fjernsiden har imidlertid relativt få maria. Det unikke landskab Chang'e-4 vil støde på betød ekstra udfordringer i både valg af steder og udførelse af landingen.
Missionen kunne også øge vores forståelse af dannelsen af klippekropper og udviklingen af lag som skorpe, kappe og kerne. "Kompositionerne kan [have] stamme fra den forskellige dybde i det lavtliggende lag af Månen, " siger Meng, "hvilket er vigtigt for at forstå proceduren i månemagashavets historie og den globale differentieringshypotese, " (som er hypotesen om, at proto-jorden kolliderede med et Mars-størrelse legeme kendt som Theia, hvilket efterlod Earth-Moon-systemet til at dannes fra affaldet).
***
Desværre, siger Jolliff, vil en af hovedårsagerne til at besøge dette område af Månen ikke blive adresseret. ”Et vigtigt langvarigt videnskabeligt mål med en mission til SPA-bassinet er at bestemme dets alder og [sammensætningen] af de originale påvirkede materialer, der potentielt indeholder klipper udgravet meget dybt inde i Månen, muligvis dens kappe, ” siger han . ”Desværre er CE-4-missionen ikke udstyret til at tackle disse problemer, og den går heller ikke til en særlig god placering i SPA for at tackle disse problemer.”
Den type mission, der virkelig kunne give et billede af, hvad ydersiden er lavet af, ville kræve en prøve-tilbagevenden. Jolliff har foreslået en sådan SPA-bassin-prøve-returmission gennem NASAs nye grænser-program, men indtil nu er ingen sådan mission godkendt til finansiering.
Kina forbereder et måneforsyningsafkast på den nærmeste side med Chang'e-5, som var planlagt at blive lanceret før Chang'e-4 i november 2017. En mislykket lancering i juli samme år af den længe 5. marts - tung-lift raket krævet til den større nyttelast - har forsinket missionen til sidst i 2019 tidligst.
Hvis alt går godt med Chang'e-5's flyvning til Mons Rümker-regionen i Oceanus Procellarum, kunne dens sikkerhedskopi, Chang'e-6, forsøge at få et prøveudkast på månens fjernside, eller muligvis ved Månens sydpol, i begyndelsen af 2020'erne. Udvidelsen af kinesiske robotplaner for måneforskning fører mod de målsætninger, som Jolliff og andre støtter, men til dagens mission handler det om at klæbe landing.
”Jeg vil understrege betydningen af fjernsidens landing, noget som ingen af de andre rumfarende lande har gjort. At udøve kommando og kontrol over missionen fra Jorden, eksternt via en kommunikationssatellit, er bestemt et springbræt for det kinesiske rumprogram, ”siger Jolliff og bemærker, at Chang'e-5 vil følge hurtigt efter. ”Disse missioner finder sted i hurtig rækkefølge, og det viser også, at dette program er fast besluttet på at bevæge sig frem mod det eventuelle mål om at sætte kinesiske astronauter på månens overflade.”
En del af månens fjernside, afbildet af besætningen på Apollo 8 den 24. december 1968. (NASA) Da Kina forbereder sig på tre missioner til månens overflade i det næste halve årti, vil nationen sandsynligvis blive en betydelig global leder inden for måneforsøg. Meng siger, at dataene fra Chang'e-4-missionen vil blive gjort tilgængelige for forskere uden for Kina, og rumfartøjet bærer instrumenter fra Tyskland og Sverige som led i et internationalt partnerskab, der inkluderer Nederlandene og Saudi-Arabien.
"Vellykket gennemførelse af denne mission vil etablere Kina som en leder inden for den internationale udforskning af Månen, " siger James Head, professor i geologiske videnskaber ved Brown University. ”[De] har allerede tilbudt brugen af deres relæ-satellitinfrastruktur til det internationale rumsamfund”.
Kinas måneopgaver er på fronten af en bølge af fornyet interesse for vores himmelnabo, med NASA, Det Europæiske Rumfartsagentur, Rusland og Indien, der alle arbejder på forskellige robot- og besætningsopgaver i de kommende år. Kinas planer tager imidlertid en endelig form, dog med en lancering tidligere i dag, og planlægger allerede i arbejdet med Chang'e-7, en teknologidemonstrant til at teste gennemførligheden af langsigtede mål, som ressourceudnyttelse på stedet af vandis eller metaller.
”Hver ny mission til månen giver overraskelser, siger Head. "Chang'e 4 vil ikke kun være en monumental teknisk præstation, men vil uden tvivl bringe nye opdagelser og overraskelser."
Andrew Jones er en journalist, der rapporterer om Kinas rumprogram, skriver for SpaceNews, Gbtimes og bidrager med gæsteblogs hos Planetary Society. Han har base i Finland.
