Lunar Reconnaissance Orbiter (geimfar)

Lunar Reconnaissance Orbiter. Mynd: NASA

Yfirlit

1. Tilgangur
2. Mælitæki
3. LCROSS
3.1 Áreksturinn
4. Myndir af lendingarstöðum Apollo
5. Tengt efni
Heimildir

Helstu upplýsingar
Skotið á loft:	18. júní 2009
Eldflaug:	Atlas V
Massi:	1.846 kg (1,8 tonn)
Tegund:	Brautarfar
Braut:	Pólbraut í 30-70 km hæð, 30-216 km hæð í framlengdum leiðangri
Hnöttur:	Tunglið
Geimferðastofnun:	NASA
Heimasíða:	Lunar Reconnaissance Orbiter

Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) er ómannað könnunarfar NASA sem gera á ítarlegri rannsóknir á tunglinu en nokkru sinni áður.

Lunar Reconnaissance Orbiter var skotið á loft kl. 21:32 að íslenskum tíma fimmtudaginn 18. júní 2009 með Atlas V eldflaug frá Canaveralhöfða í Flórída. Ferðalagið til tunglsins tekur um það bil fjóra sólarhringa. Við komuna fer LRO á sporöskjulaga braut um póla tunglsins í milli 30 og 70 km hæð yfir yfirborðinu. Smám saman verður brautin lagfærð þar til geimfarið kemst á hringlaga braut í aðeins 50 km hæð yfir yfirborðinu. Í þessari hæð hringsólar LRO einu sinni umhverfis tunglið á 113 mínútum.

Með í för var annað lítið geimfar, Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), sem rakst á gíginn Cabeus á suðurpól tunglsins á yfir 9000 km hraða á klukkustund. Áreksturinn varð föstudagsmorguninn 9. október kl. 11:30 að íslenskum tíma. Tunglið var þá á vesturhimni yfir Íslandi. Niðurstöðurnar sýndu að vatn er að finna í þó nokkru magni í skyggðum gígum á tunglinu.

Markmið Lunar Reconnaissance Orbiter er að kortleggja yfirborðið í hárri upplausn, útbúa þrívítt hæðarkort, mæla geislun við yfirborðið og kanna hugsanlegar auðlindir (sér í lagi ís) sem kunna að leynast á tunglinu. Síðast en ekki síst er markmiðið að finna mögulega lendingarstaði fyrir mannaða tunglleiðangra í framtíðinni.

1. Tilgangur

Árið 2009 voru fjörutíu ár liðin frá því fyrstu mennirnir skildu eftir sig fótspor á þessum næsta nágranna okkar í geimnum. Þrátt fyrir glæstan árangur Apollo leiðangranna dvínaði áhugi fólks á tunglinu umtalsvert í kjölfarið, bæði meðal bandarísku þjóðarinnar og NASA. Vísindamenn veltu aftur á móti öðrum leyndardómum þess fyrir sér.

Í meira en fjörutíu ár hafa vísindamenn hugleitt þann möguleika að vatnsís sé að finna á tunglinu. Ísinn gæti hafa borist þangað með halastjörnum í gegnum tíðina og safnast fyrir undir yfirborðinu. Líta menn þá sérstaklega til pólsvæðanna. Á pólunum eru djúpir gígar þar sem sólarljóss nýtur aldrei. Í eilífu myrkri eru gígarnir sannkallaðir kuldapollar; hitastigið fer aldrei upp fyrir -173°C. Þar gæti ís notið skjóls frá hita sólar og viðhaldist í milljarða ára. Bjartsýnustu menn hafa reiknað út að á pólunum gætu leynst milljarðar tonna af vatnsís, en enn sem komið er eru sönnunargögn af skornum skammti.

Árið 1994 varði Clementine gervitunglið tveimur mánuðum í rannsóknir á tunglinu. Clementine var aftur á móti ekki á vegum NASA heldur Varnarmálaráðuneytis Bandaríkjanna, þar sem meginmarkmið þess var að prófa nýja tækni. Clementine tók næstum tvær milljónir ljósmynda af yfirborðinu en merkustu niðurstöðurnar voru ratsjármælingar sem sýndu eitthvað á botni myrkvuðu gíganna á pólsvæðunum sem hafði svipaða endurvarpseiginleika og ís. Vísindamenn greindi á um þessar mælingar og túlkuðu þær með ýmsu móti.

Þremur árum síðar, árið 1997, sendi NASA Lunar Prospector gervitunglið til tunglsins. Lunar Prospector var fyrsti og eini leiðangur NASA til tunglsins frá því geimfarar um borð í Apollo 17 spígsporuðu um yfirborðið árið 1972. Um borð í Lunar Prospector var litrófsnemi sem fundið gat vetni í efsta hluta jarðvegsins á tunglinu. Í ljós kom að við póla tunglsins er miklu meira um vetni í jarðveginum en á öðrum stöðum á tunglinu. Þótti þetta afar sterk vísbending um að vatnsís væri þar að finna. Enn voru menn fullir efasamenda og niðustöðurnar því umdeildar. Margir bentu á að vetnið gæti hafa borist í gígana með öðrum hætti, t.d. með sólvindinum.

En hvers vegna hafa menn svona mikinn áhuga á að finna ís á tunglinu? Tilvist íss hefði mjög mikilvæga þýðingu fyrir vísindamenn og geimfara framtíðarinnar. Tunglfarar sæju t.d. mikinn hag í því að nýta ísinn til að útbúa drykkjarvatn, kælivökva, súrefni til að draga andann og vetni í eldflaugaeldsneyti. Fyrir vísindamenn væri ísinn sannkölluð fjársjóðskista. Allir Íslendingar vita að íslenskir jöklar geyma heilmiklar upplýsingar um jarðsögu landsins, hvort sem er um veðurfar eða eldgos. Á sama hátt geymir ísinn á tunglinu upplýsingar um tíðni halastjörnuárekstra í sögu sólkerfisins, efnainnihald halastjarna og þar af leiðandi upplýsingar um elsta efni sólkerfisins. Með þessum upplýsingum gætu stjörnufræðingar dregið upp nákvæmari mynd af myndunar- og þróunarsögu sólkerfisins.

Menn gera sér vonir um að Lunar Reconnaissance Orbiter skeri úr um þessi álitaefni að mestu leyti. Vissulega væri miklu einfaldara að leita eftir ís með tungljeppa á yfirborðinu sjálfu, en slíkur leiðangur er miklu dýrari en LRO. Þess vegna er LRO útbúinn mjög öflugum og nákvæmum mælitækjum sem eiga að geta fundið ís við yfirborðið á sporbraut um tunglið.

2. Mælitæki

Mælitæki Lunar Reconnaissance Orbiter. Mynd: NASA

Um borð í Lunar Reconnaissance Orbiter eru sex öflug mælitæki:

Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation (CRaTER) — CRaTER er geimgeislunarmælir sem kanna á geimgeislunina á tunglinu. Vonast er til þess að niðurstöðurnar hjálpi okkur að komast að áhrifum geislunarinnar á geimfara og að þannig verði unnt að þróa nýja tækni til að verja áhafnir framtíðarinnar.

Diviner Lunar Radiometer (DLRE) — DLRE er nokkurs konar hitamælir sem ætlað er að kortleggja hitastigið við og rétt undir yfirborði tunglsins. Með því að kortleggja hitastigið undir yfirboðrinu er mögulega hægt að finna köld svæði þar sem ís gæti verið að finna. DLRE byggir að miklu leyti á Mars Climate Sounder sem er um borð í Mars Reconnaissance Orbiter.

Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) — LEND á að kortleggja dreifingu vetnis við yfirborð tunglsins og fylgjast með geisluninni. Niðurstöðurnar munu koma að góðu gagni í leit að vísbendingum um vatnsís við yfirborð tunglsins.

Lunar Orbiter Laser Altimeter (LOLA) — Hæðarmælir sem útbúa á mjög nákvæm þrívíddarkort af landslaginu. Hæðarkortin hjálpa okkur að læra um myndunarsögu yfirborðsins og mögulegar hættur á hugsanlegum lendingarstöðum.

Lunar Reconnaissance Orbiter Camera (LROC) — Myndavél sem taka mun svarthvítar ljósmyndir af yfirborði tunglsins í mjög mikilli upplausn (innan við 1 metri á pixel). LROC getur því ljósmyndað gömul lendingarför á yfirborðinu. Áætlað er að myndavélin sendi 70 til 100 terabæt af myndum heim til jarðar.

Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP) — LAMP á að kortleggja yfirborð tunglsins í heild sinni í fjar-útfjólubláu ljósi og leita eftir ís á yfirborðinu á varanlega skyggðum stöðum við póla tunglsins. LAMP mun einnig nýtast til að kanna mismunandi steindir á yfirborði tunglsins. Þar að auki mun LAMP prófa svonefnda LAVA tækni (Lyman-Alpha Vision Assistance). Þar er útfjólublátt ljós frá fjarlægum sólstjörnum nýtt til þess að sjá í myrkri. Vonir manna standa til að "LAVA LAMP" tæknin komi til með að hjálpa geimförum að starfa í myrkrinu við póla tunglsins án aðstoðar venjulegra ljóskastara.

3. LCROSS

Sýn listamanns á LCROSS geimfarið. Mynd: NASA

Menn gerðu upphaflega ráð fyrir að senda Lunar Reconnaissance Orbiter á loft með Delta II eldflaug en þær áætlanir tóku óvænta stefnu síðla árs 2005 þegar stjórnendur NASA ákváðu að nota frekar Atlas V eldflaug. Atlas V er þeim kostum gædd að vera stærri og öflugri og þar af leiðandi fær um að senda stærri gervitungl út í geiminn. Því var ákveðið að stækka farminn. Vísindamenn og verkfræðingar lögðu höfuðið í bleyti og veltu vel og vandlega fyrir sér hverju hægt væri að bæta við. Að lokum ákváðu menn að bæta litlu gervitungli við, Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), sem hefði þann tilgang að klessa á tunglið. Hugmyndin var ekki ósvipuð og þegar Deep Impact geimfarið sendi lítið skeyti á halastjörnuna Tempel 1 árið 2005. Tilgangurinn var sá sami, að búa til gíg á yfirborðinu og kanna hvort ís leynist í efninu sem þeytist út í geiminn við áreksturinn.

LCROSS var tvískipt, annars vegar í lítið 600 kg könnunarfar og hins vegar tveggja tonna skeyti (á stærð við stóran jeppa) sem rekst fyrst á tunglið. Skeytið var í raun efsta stig eldflaugarinnar sem kom LRO og LCROSS út í geiminn til að byrja með. Í könnunarfarinu voru nokkur mælitæki sem kviknaði á rúmri klukkustund fyrir áreksturinn — fimm myndavélar (sem tóku myndir í sýnilegu og innrauðu ljósi), þrír litrófsmælar (sýnilegir og innrauðir) og ljósmælir — sem fylgdust grannt með árekstrinum.

LCROSS losnaði frá LRO tveimur klukkustundum eftir geimskot. Förinni var ekki heitið beint til tunglsins heldur var geimfarinu komið fyrir á 100 daga langri pólbraut umhverfis jörðina og tunglið. Þetta var gert svo LRO hefði tíma til þess að koma sér fyrir á braut um tunglið og rannsaka heppilega gíga fyrir áreksturinn. Áður en skeytið (þ.e. efsta stig eldflaugarinnar) rakst á tunglið losaði það allt eldsneyti um borð. Eldsneytistankurinn var opnaður og eldsneytið streymdi út í geiminn í um 14 vikur fyrir áreksturinn. Þetta var gert til þess að vetnið og súrefnið í eldsneytinu gæfi ekki falska niðurstöðu.

3.1 Áreksturinn

Grannt var fylgst með árekstrinum á jörðu niðri og úti í geimnum. Þess vegna þurfti hann að eiga sér stað við ákveðin skilyrði:

Áreksturinn varð að vera um kvöld eða nótt frá helstu stjörnuathugunarstöðum jarðar, t.d. á Mauna Kea á Hawaii og tunglið verður að vera á lofti frá þessum stöðum.
Gígurinn sem áreksturinn varð í varð að vera á nærhlið tunglsins, þ.e. þeirri hlið sem alltaf snýr að jörðinni, og stefna í átt til jarðar svo sjónaukar á jörðu niðri gátu fylgst náið með.
Hubblessjónaukinn og sænska gervitunglið Óðinn (sem gat fundið vatnssameindir í stróknum) urðu að vera í sjónlínu við áreksturinn.

Mið-innrauð mynd sem LCROSS geimfarið tók af tunglinu við áreksturinn (litli ljósi bletturinn). Mynd: NASA, LCROSS

Á sama tíma fylgdist LRO með árekstrinum á braut um tunglið sjálft.

Nokkrum klukkustundum fyrir áreksturinn losnaði skeytið frá LCROSS. Áreksturinn átti sér stað á um 10.000 km hraða á klukkustund. Gígurinn varð um 30 metra breiður og fimm metra djúpur. Blossinn og gas- og rykstrókurinn sem steig upp af tunglinu varð ekki nærri eins áberandi og vonir stóðu til um en þrátt fyrir það var hægt að rannsaka þá mjög ítarlega. Fjórum mínútum eftir áreksturinn flaug LCROSS í gegnum gas- og rykstrókinn áður en það steypti sér sjálft niður á yfirborði tunglsins. Árekstrarnir voru því tveir, sá seinni talsvert minni.

Þann 13. nóvember 2009 tilkynnti NASA að fundist hefðu merki um vatn í gas- og rykstróknum sem varð til við áreksturinn. Greining á mælingum sýndu að vatn var um 5% af heildarmassa efnisins.

4. Myndir af lendingarstöðum Apollo

Apollo 11, lendingarstaður, Kyrrðarhafið

Apollo 11 á Kyrrðarhafinu

Neðra þrep tunglferju Apollo 11 á Kyrrðarhafinu. Sjá má fótspor (slóðir) geimfaranna Neil Armstrong og Buzz Aldrin og tæki sem þeir skildu eftir á tunglinu.