Viisikymmentä vuotta sitten tässä kuussa, NASA: n Apollo 8 -operaatio antoi ihmisten silmille katsella ensimmäistä kertaa Kuun kauimpana. Kraatteritaskuinen maa, jonka miehistö näki heittäytyessään Kuun ympäri, oli täysin piilossa vuoteen 1959, jolloin Neuvostoliiton Luna 3 -operaatio lähetti mustavalkoisia kuvia harmaasta maisemasta, tyhjäkäynnillä ja käytännöllisesti katsoen muuttumattomana miljardeja vuosia. Mutta seuraavan tutkimisluvun tällä harmittomalla kentällä odotetaan potkaisevan vähän pitkäaikaisesta kuunpölystä.
Tänään kiinalainen pitkään maaliskuun 3B -raketti sijoitti avaruusaluksen, joka yrittää ensimmäisen pehmeän laskeutumisen kuun kaukana: Chang'e-4. Aluksen odotetaan laskeutuvan joskus 1. - 3. tammikuuta viisivuotisen risteilyn jälkeen Kuuhun, kuun kiertoradan asettamisen ja muutaman kurssikorjauksen avulla valmistellessaan auringonnousua oletetun laskeutumispaikan yli Von Kármán -kraatterilla joulukuun lopulla.
Kuunhankkeensa aloittamisesta lähtien 2000-luvun alussa Kiina on edennyt nopeasti ja tullut ainoaksi kansakunnaksi, jolla on pehmeä laskeutuminen (toisin kuin tarkoituksellisesti vaikuttanut) mihin tahansa kuuhun Neuvostoliiton Luna 24 -näytteen palautusoperaation jälkeen vuonna 1976. Sen jälkeen kun menestyksekäs aloitus robotti Chang'e-3 -laskulaite ja rover Mare Imbriumilla joulukuussa 2013, Kiinasta tuli vain kolmas maa, joka saavutti kuunlaskun. Menestys antoi maalle mahdollisuuden siirtää samanaikaisesti valmistetun vara-avaruusaluksen uudelleen kunnianhimoisempaan tehtävään.
Vuonna 2015 Kiina ilmoitti, että varaosaa olevaa Chang'e-4-avaruusalusta, laskua ja pienikokoista moottoriajoneuvoa käytetään uranuurtajaan tehtävään laskeutumiseen Kuun reunalle - varjostus, jota ei ole koskaan yritetty sen monimutkaisuuden vuoksi.
Kuva Chang'e-3-laskimesta Kuun pinnalla, jonka otti pieni roveri Yutu, jonka laskeuttaja käytti kosketuksen jälkeen. (Kiinan tiedeakatemia / Kiinan kansallinen avaruushallinto / Kuun ja syvän tilan tutkimuksen tiede- ja sovelluskeskus) Avaruusalus, jonka yhdistetty massa on lähes neljä tonnia, kuljettaa kahdeksan instrumenttia ja tieteen hyötykuormia. Näitä työkaluja käytetään matalataajuisissa radiokokeissa hyödyntäen ainutlaatuista radio-hiljaista kaukaista puolta, jota Kuu on suojannut maanpäällisten radiosignaalien kakofoniasta. Chang'e-4: llä tehdyt tieteelliset kokeet tutkivat myös aurinkotuulen hiukkasten vuorovaikutusta kuun pinnan kanssa, tekevät geologisen analyysin maasta ja suorittavat regolithin ja kallion mineralogisia tutkimuksia.
Kilpailuun liittyminen on ensimmäinen kiinalaisten yliopistojen opiskelijoiden suunnittelema kuun biosfääritys, joka koostuu kanisteesta, joka sisältää silkki-mato-munia, perunan siemeniä ja Arabidopsisia - kukkasata, jota käytetään laajasti avarustutkimuksessa. Veden, ilman ja organismien ravintoaineiden kanssa tutkijat tutkivat ensimmäisen elämän hengitystä ja fotosynteesiä matkaakseen etäpuolen pintaan.
***
Avaruusaluksen laskeminen ja käyttäminen Kuun toisella puolella on erityisen haastavaa vuorovesilukituksen ilmiön ansiosta. Maapallon gravitaatiovaikutus on ajan myötä hidastanut Kuun pyörimisjaksoa yhtä suureksi ajaksi, joka kuluu kiertoradan toteuttamiseen Maan ympäri. Seurauksena on, että Kuun sama puoli on aina meitä kohti maan päällä. Komentojen lähettämiseksi toiselle puolelle Chang'e-4: n kaltainen tehtävä vaatii innovatiivisia viestintäratkaisuja.
Ota yhteyttä avaruusalukseen laskeutumisen aikana ja sen jälkeen Kiina käynnisti toukokuussa Queqiao-nimisen relesatelliitin suurella parabolisella antennilla. Satelliitti on sijoitettu halo-kiertoradalle vakaaseen kohtaan noin 65 000 - 85 000 kilometriä Kuun ulkopuolelle, joka tunnetaan toisena Maa-Kuun Lagrange-pisteenä. Tästä ahvenasta Queqiao nauttii jatkuvaa näköyhteyttä sekä maanpäällisten maa-asemien että Chang'e-4: n laskeutumispaikan kanssa.
Ensimmäinen kuva, joka on koskaan tehty Kuun kaukaisesta puolelta, paljastaen pintaominaisuudet, jotka poikkesivat huomattavasti läheisestä sivusta. Kuvan otti Neuvostoliiton Luna 3 -aluksen avaruusalus 7. lokakuuta 1959. (Public Domain) Mutta ylimääräisen vaivan päästä sinne pitäisi olla sen arvoista. Operaatio ei vain salli avaruustutkimuksia ilman Maan sähkömagneettisia häiriöitä, vaan myös kuun kaukana oleva puoli lupaa tietoa Kuun ja maan historiasta ja kehityksestä. Tutkijat ovat vuosikymmenien ajan halunneet tutkia laajaa aluetta, jota kutsutaan etelänavan ja Aitkenin valuma-alueeksi (SPA), joka ulottuu etelänavasta Aitkenin kraatteriin.
SPA-altaan halkaisija on noin 2 500 km ja syvyys 12 km, joten se on yksi aurinkokunnan suurimmista ja vanhimmista iskuporauksista. Tämän alueen maaperä voisi sisältää paljainta materiaalia syvemmästä kuunvaipasta, joka työntyi pintaan miljardeja vuosia sitten tapahtuneiden suurten iskujen aikana. Ja ottaen huomioon, että monet tähtitieteilijät uskovat, että Kuu on muodostettu samasta materiaalista kuin Maa, SPA-altaalta voisi mahdollisesti olla tietoa siitä, miltä Proto-Earth näytti heti, kun Kuu muodosti teoreettisen törmäyksen. Joskus tuon törmäyksen jälkeen elämä juurtui, ja Kuun reuna voi lisätä muutaman kappaleen palapeliin.
Vaikka purkamispaikka ei ole virallisesti vahvistettu, sen tarkoitetaan olevan Von Kármán -kraatterin eteläinen kerros. Maan ja planeettatieteiden professori Bradley Jolliff Washingtonin yliopistossa St. Louisissa toteaa, että valittu paikka Von Kármánissa on suhteellisen sileä muinaisen laavavirtauksen vuoksi, ja tarjoaa turvallisemman laskeutumisen.
Meng Zhiguo, Jilin-yliopiston geotutkimuksen tieteen ja tekniikan korkeakoulun professori ja Chang'e-4-ehdokasaseman purkamispaikkojen kirjojen kirjoittaja, on erityisen kiinnostunut mahdollisista oivalluksista, joita operaatio voi tarjota tutkimuksen kokoonpanoon. Kuun kaukainen puoli, jonka mahdollisti kaksi avaruusaluksella lentävää spektrometriä, Visible and Near-Infrared Imaging Spektrometr (VNIS) ja matalataajuusspektrometri (LFS).
"Kraaterikerroksen koostumukset, joissa on tammabasaatteja, tarjoavat suoran todistuksen kuun kaukana olevan puolen tammavulkanismista, mikä on hyödyllistä ymmärtää tarkemmin tammavulkanismin eroa läheisen ja reunan välillä", Meng sanoo.
Pieni kuljettaja, Yutu (tarkoittaa kiinankielisesti Jade Rabbit ), sen jälkeen kun hänet on käytetty Chang'e-3-laskimesta. (Kiinan tiedeakatemia / Kiinan kansallinen avaruushallinto / Kuun ja syvän tilan tutkimuksen tiede- ja sovelluskeskus) Kuun pinnan läheisyydessä on monia laajoja basalttisia tasangkoja, joita kutsutaan mariaksi. Jokainen tamma on luotu tulivuorenpurkauksista kaukaisessa menneisyydessä, ja niitä voidaan nähdä tummina tasaisina alueina paljain silmin. Äärimmäisellä puolella on kuitenkin suhteellisen vähän mariaa. Ainutlaatuinen maisema Chang'e-4 kohtaa tarkoitti ylimääräisiä haasteita sekä kohteiden valinnassa että laskun suorittamisessa.
Tehtävä voisi myös parantaa ymmärrystämme kivisten kappaleiden muodostumisesta ja kerrosten, kuten kuoren, vaipan ja ytimen, kehityksestä. "Koostumukset ovat saattaneet olla peräisin kuun matalan kerroksen eri syvyydestä", Meng sanoo, "mikä on tärkeää ymmärtää kuun magma-valtameren historian menettelytapaa ja globaalia erilaistumista koskevaa hypoteesia" (mikä on hypoteesi siitä, että proto-Earth törmäsi Theia-nimisen Marsin kokoiseen elimeen, jolloin Maan ja Kuun järjestelmä muodostui roskista).
***
Valitettavasti Jolliffin mukaan yhtä tärkeimmistä syistä tämän Kuun alueen vierailuun ei käsitellä. "SPA-altaan vierailun tärkeä pitkäaikainen tieteellinen tavoite on määritellä sen ikä ja alkuperäisten vaikutusten kohteena olevien materiaalien koostumus, jotka mahdollisesti sisältävät erittäin syvälle kuun sisälle kaivettuja kiviä, mahdollisesti sen vaipan", hän sanoo. . "Valitettavasti CE-4-operaatiota ei ole varustettu näiden kysymysten käsittelemiseen, eikä se ole erityisen hyvällä paikalla SPA-alueella näiden kysymysten käsittelemiseksi."
Tehtävän tyyppi, joka todella voisi antaa kuvan siitä, mistä kauempana puoli on tehty, vaatisi näytteen palautusta. Jolliff on ehdottanut tällaista SPA-altaan näytteenpalautusoperaatiota NASA New Frontiers -ohjelman kautta, mutta tällaisesta operaatiosta ei ole hyväksytty rahoitusta.
Kiina valmistelee kuukausinäytteen palauttamista läheiseltä puolelta Chang'e-5: n kanssa, jonka oli tarkoitus käynnistää ennen Chang'e-4: tä marraskuussa 2017. Kuitenkin epäonnistunut lanseeraus heinäkuussa samana vuonna, Pitkä 5. maaliskuuta - a. isompaan hyötykuormaan vaadittava raskaat hissit - on viivästyttänyt operaatiota aikaisintaan vuoden 2019 loppuun.
Jos kaikki menee hyvin Chang'e-5: n lennon kanssa Mons Rümkerin alueelle Oceanus Procellarumissa, sen varmuuskopio Chang'e-6 voi yrittää palauttaa näytteen kuun kaukana tai mahdollisesti Kuun etelänavalla, 2020-luvun alkupuolella. Kiinan robottikuun etsintosuunnitelmien laajentaminen johtaa kohti tavoitteita, joita Jolliff ja muut kannattavat, mutta nykypäivän tehtävänä on kaikki purkautumisen kiinnittäminen.
”Korostan kaukaisen laskeutumisen merkitystä, jota mikään muista avaruutta harkitsevista maista ei ole tehnyt. Operaation komennon ja hallinnan suorittaminen maapallolta etäyhteyden kautta satelliitin välityksellä on ehdottomasti askel Kiinan avaruusohjelmaan ”, Jolliff sanoo, että Chang'e-5 seuraa pian sen jälkeen. "Nämä operaatiot tapahtuvat nopeasti peräkkäin, ja se osoittaa myös tämän ohjelman päättäväisyyden edetä kohti lopullista tavoitetta laittaa kiinalaiset astronautit kuun pintaan."
Osa kuun reunasta, Apollo 8: n miehistön kuvaamana 24. joulukuuta 1968. (NASA) Kun Kiina valmistautuu kolmeen matkaan Kuun pintaan seuraavan puoli vuosikymmenen aikana, kansakunnasta tulee todennäköisesti merkittävä maailmanlaajuinen johtaja kuun etsinnässä. Meng kertoo, että Chang'e-4-operaation tiedot asetetaan tutkijoiden saataville Kiinan ulkopuolella ja että avaruusalus kuljettaa välineitä Saksasta ja Ruotsista osana kansainvälistä kumppanuutta, johon kuuluvat Alankomaat ja Saudi-Arabia.
"Tämän tehtävän onnistunut suorittaminen vahvistaa Kiinan johtajaksi Kuun kansainvälisissä tutkimuksissa", sanoo Brown Head, Brownin yliopiston geologisten tieteiden professori. "[He] ovat jo tarjonneet satelliittivälitteisen releinfrastruktuurinsa käyttöä kansainväliselle avaruusyhteisölle".
Kiinan kuukausi-operaatiot ovat uusinta kiinnostusta taivaallista naapuriamme vastaan. NASA, Euroopan avaruusjärjestö, Venäjä ja Intia toimivat tulevina vuosina erilaisissa robotti- ja miehistöoperaatioissa. Kiinan suunnitelmat ovat kuitenkin muotoutumassa lopullisesti, kun julkaisu aloitettiin aiemmin tänään, ja jo töissä suunnitellaan Chang'e-7: tä, joka on tekniikan demonstraattori, jotta testataan pitkän aikavälin tavoitteiden toteutettavuus, kuten vesijään in situ resurssien hyödyntäminen. tai metalleja.
”Jokainen uusi matka Kuulle tarjoaa yllätyksiä, Head sanoo. "Chang'e 4 ei ole vain monumentaalinen tekninen saavutus, vaan tuo epäilemättä uusia löytöjä ja yllätyksiä."
Andrew Jones on toimittaja, joka raportoi Kiinan avaruusohjelmasta, kirjoittaa SpaceNewsille, Gbtimesille ja avustaa vierasblogit Planeettayhdistyksessä. Hänen kotipaikka on Suomi.
