„Je to neuveriteľné”. Čo našiel indický rover v mesačnej pôde

Bratislava 7. septembra 2023 (HSP/RIA/Foto:Screenshot ISRO, © A. S. Laxmiprasad/CURRENT SCIENCE, Raymond T. Downward, NASA)

Planetológ Bazilevskij porozprával o zložení regolitu v mieste pristátia Chandrajaan-3

RIA Novosti sa v článku Tatiany Pičuginy venuje mimoriadnemu úspechu indickej kozmickej misie. Zaujímavosti z prvých dní pôsobenia roveru alebo lunochodu Pragjan (zo sanskritu: prajñāna, múdrosť, poznanie) na povrchu mesiaca vám prinášame v celom rozsahu.

Počas trvania lunárnej noci bol Pragjan ponorený do stavu „hibernácie“. Predtým na Zem odoslal údaje o chemickom zložení regolitu (označenie vrstvy rôznorodého nezpevneného horninového materiálu, ktorý pokrýva celistvé podložie) získaného palubnými prístrojmi.

Prvýkrát na južnom póle Mesiaca

Modul Vikram 23. augusta prvýkrát v histórii kozmonautiky mäkko pristál v blízkosti južného pólu Mesiaca. Nasledujúci deň sa od neho oddelil kolesový lunárny rover Pragjan a začal skúmať mesačný povrch.

Miesto pristátia sa nachádza na 69 stupni zemepisnej šírky, 600 kilometrov od južného pólu, medzi krátermi Manzini a Simpelius. Je to rovný, málo kamenistý terén bez ostrých poklesov reliéfu. Približne v rovnakej oblasti sa plánovalo jedno z rezervných miest pristátia pre ruskú stanicu Luna 25.

Lunochod Pragjan, šesťkolesový stroj s hmotnosťou 26 kilogramov, dokáže vyvinúť rýchlosť 36 kilometrov za hodinu. Na jeho palube sú kamery a dva vedecké prístroje. Rover je poháňaný solárnymi panelmi.

Počas ostatných dvoch týždňov rover prešiel viac ako sto metrov a vrátil sa späť. Pri jednej ceste úspešne zistil, že pred ním sa nachádza štvormetrový kráter, a otočil sa, pričom zvolil bezpečnejšiu trasu. Kamery snímali okolitý povrch a vlastný pristávací modul a palubné prístroje robili merania.

Čo dokáže indický rover

Jednou z hlavných úloh indického lunárneho rovera je skúmať zloženie mesačnej pôdy alebo regolitu. Na tento účel sú na palube nainštalované dva spektrometre. Prvý využíva laserom indukovanú rozpadovú spektroskopiu (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy – LIBS) a druhý je röntgenový spektrometer alfa častíc (Alpha Particle X-ray Spectrometer – APXS). V oboch prípadoch sa pôda analyzuje in situ, bez odberu vzoriek, bombardovaním nabitými zväzkami častíc. Oba prístroje sú skonštruované v laboratóriu optoelektronických systémov Indickej organizácie pre vesmírny výskum (ISRO) v Bangalúre.

LIBS vystreľuje nanosekundový vysokovýkonný laserový lúč do pôdy. V mieste jeho dotyku sa častice pôdy doslova vyparia, minerály a veľké molekuly sa rozpadnú a vytvoria oblak žiariacej plazmy. Optická jednotka zbiera toto svetlo a prenáša ho do spektrografu, ktorý analyzuje signál a zaznamenáva údaje.

V plazme sú chemické prvky vo forme iónov, pričom sa skúmajú spektrá charakteristické len pre ne. Z nich sa určuje zloženie a z ich intenzity sa odhaduje relatívna koncentrácia. Prístroje LIBS sa osvedčili v geológii, archeológii, metalurgii a ďalších oblastiach. Tento prístroj má aj rover Curiosity na Marse, ktorý prevádzkuje NASA. Indický prístroj LIBS bol pôvodne vyvinutý pre misiu Chandrajaan-2, ktorá havarovala v roku 2019.

Spektrometer APXS bombarduje časť povrchu alfa časticami a röntgenovým žiarením, ktoré generuje odozvu. Na rozdiel od LIBS zbiera röntgenové žiarenie emitované excitovanými atómami, a nie optické žiarenie.

Bombardovanie alfa časticami sa používalo pri lunárnych misiách na analýzu pôdy in situ od konca 60. rokov 20. storočia. Potom, po dlhej prestávke vo výskume Mesiaca, APXS v decembri 2013 úspešne zbierala údaje na palube rovera Juitu čínskej misie Čang’e-3 v Morí dažďov. Zariadenie je nainštalované v troch generáciách roverov NASA, počnúc roverom “Sojourner”, ktorý pracoval na Červenej planéte niekoľko mesiacov v roku 1997. Bolo na palube britského lunárneho rovera “Beagle-2”, ktorý bol na Mars dopravený v roku 2003, ale nikdy sa s ním nedostal do kontaktu.

Záhady mesačnej pôdy

ISRO informovala o prvých experimentoch zameraných na štúdium regolitu 27. augusta. Prístroj ChaSTE na palube pristávacieho modulu poslal na Zem prvé merania teploty. Získal ich pomocou desaťcentimetrovej sondy, na ktorej je nainštalovaných desať teplotných senzorov. Graf ukazuje pomerne veľké rozdiely – od desiatich stupňov Celzia v hĺbke osem centimetrov až po približne 50 stupňov na povrchu. Takýto rozdiel prekvapil aj inžinierov ISRO.

„Vysvetľujem si to takto. Pristávacie zariadenie je na štyroch nohách. Z jeho spodnej časti sa vysúva tyč, ktorá sa zapichne do zeme a meria teplotu. Toto miesto je osvetlené slnkom, mesačný povrch sa zahrieva. Za normálnych okolností by teplo unikalo do vesmíru, ale teraz mu zhora bráni spodok modulu. To mohlo zvýšiť teplotu na povrchu. Mohli tam byť nejaké terénne prvky, ktoré zohrali úlohu. Napríklad stanica sedela v malom kráteri,“ hovorí vedúci výskumný pracovník laboratória porovnávacej planetológie GEOCHI RAV Alexander Bazilevskij.

Podľa vedca by sme mali dôverovať meraniam radaru Diviner na palube orbitálneho observatória NASA LRO. Podľa týchto údajov je mesačný denný povrch v tejto oblasti zohriaty na približne 20 až 30 stupňov. Pravda, a priestorové rozlíšenie je oveľa väčšie – 200 metrov.

Rýchly pokles teploty pôdy s hĺbkou potvrdzuje hypotézu, že niekde pod ňou leží večný mráz. Indická misia to však nebude môcť zistiť, pretože ani pristávací modul, ani rover nie sú vybavené prístrojmi na odber vzoriek z hĺbky. Získajú len údaje z povrchovej vrstvy prachu.

Podľa predbežnej analýzy údajov z LIBS sa v regolite našiel hliník, síra, titán, vápnik, železo a chróm. Pomocou APXS zistili aj prítomnosť ľahších prvkov – horčíka, kremíka, kyslíka.

Nebolo to však bez záhad. Podľa ISRO rover jednoznačne potvrdil prítomnosť síry v oblasti južného pólu, čo sa z obežnej dráhy nedalo urobiť. Okrem toho zverejnený graf spektier z prístroja LIBS ukazuje vrchol obsahu síry. Pravda, merania sú uvedené v relatívnych jednotkách, skutočná koncentrácia nie je teda známa.

„Síra na Mesiaci je vo forme sulfidov, predovšetkým minerálu troilitu FeS, je jej málo – asi 0,1 percenta. Hliníka by tam malo byť veľa, je to kontinentálna oblasť, živce blízke anortitu sú tam bežné. To, že (podľa údajov ISRO – pozn. redakcie) je tam veľa síry, je prekvapujúce,“ hovorí Alexander Bazilevský. Predpokladá, že počas merania mohol prístroj náhodne zasiahnuť nahromadený sulfid.

„Ide o kontinentálne miesto, po anglicky – highlands, mali by tu byť prevažne anortozitové horniny, výrazne obohatené o hliník a vápnik. Tieto horniny sú v hĺbke niekoľkých metrov. Na rozdiel od mesačných morí, kde sú horniny bazalty, ktoré boli silne popraskané dopadmi meteoritov, na kontinentoch sú pod zemou brekcie, teda horniny, ktoré boli rozbité veľkými nárazmi a opakovane prepracované pred tri a pol až štyrmi miliardami rokov. Brekcie môžu byť veľmi pevné, ak boli stmelené impaktnou taveninou, alebo nie až také pevné, ak sú viazané klastickým materiálom,“ pokračuje planetológ.

Ďalšou vlastnosťou regolitu je obohatenie o ťažšie izotopy, ktoré súvisí s opakovanou recykláciou pôdy z dopadov meteoritov. „V tomto prípade dochádza k vyparovaniu v mieste dopadu, ľahší izotop letí rýchlejšie do vesmíru. Izotopové zloženie viacerých prvkov v mesačnej pôde sa posúva smerom k ťažším prvkom. A nielen izotopové zloženie. V mesačnej pôde bude napríklad menej sodíka ako v základnej hornine,“ dodáva výskumník.

Prvé spektrá mesačného povrchu pomocou prístroja LIBS na lunárnom roveri Pragjan

Vodík, ktorý je markerom vody alebo vodného ľadu, indické prístroje zatiaľ nezistili. A veľkou otázkou je, či sa ho vôbec podarí odhaliť.

„Voda a iné zlúčeniny vodíka na povrchu by sa mali s prvými lúčmi Slnka vypariť a odletieť. Vodný ľad sa bude nachádzať v hĺbke desiatok centimetrov, čo potvrdzujú aj rázové experimenty. Vidí ho ruský neutrónový spektrometer LEND, vyvinutý v IKI RAV,“ – hovorí vedec. Spresňuje, že citlivosť neutrónového spektrometra je vyššia, keďže preniká do hĺbky až dvoch metrov.

„Myslím si, že Chandrajaan-3 nenájde ani vodu, ani ľad. Nachádzajú sa totiž v hĺbke. Vozidlo ako Luna-25, ktoré má naberačku, to dokáže. Takže misiu budeme musieť zopakovať. A potom vypustíme Lunu-27 s vrtnou súpravou a Lunu-28, ktorá vráti zamrznuté jadro na Zem. Na to si musíme počkať tri alebo štyri roky,“ uzatvára Alexander Bazilevskij.

Teraz sú prístroje indickej misie počas lunárnej noci, ktorá trvá dva týždne, vypnuté. Pred „spánkom“ rover Pragjan vykonal trik odtrhnutia sa od povrchu, jednoducho povedané, vyskočil o 40 centimetrov a jemne pristál späť. Ako vysvetlili v ISRO, experiment je potrebný na testovanie budúcich misií s dodávkou mesačnej pôdy na Zem a pilotovaných letov na Mesiac.