Niewidoczna strona Księzyca - fascynujący pobliski świat, który badają Chińczycy

Niewidoczna strona Księżyca, potocznie zwana ciemną, jest źródłem spekulacji w tym samym stopniu co temat księżycowych lotów załogowych na przełomie lat 60. i 70. XX wieku. Krąży wiele plotek o tym, dlaczego tak mało wiemy o tej części naszego satelity, a nieodłącznym ich elementem są doniesienia o UFO. Niezależnie od tego niewidoczna strona Księżyca nie jest czymś niezwykłym, a konsekwencją synchronizacji ruchu obiegowego i obrotowego.

Obieg Księżyca wokół Ziemi trwa około 29,5 dnia. Tyle samo zajmuje jego obrót wokół własnej osi. Z tego powodu w kierunku Ziemi zwrócona jest stale prawie ta sama część Księżyca. Prawie, bo ze względu na libracje, czyli pewne zmiany położenia osi obrotu, jesteśmy w stanie dostrzec z Ziemi około 59% powierzchni Księżyca. W danej chwili oczywiście widzimy 50%, ale nie zawsze jest to ta sama połowa. Zaglądamy dalej w okolicach podbiegunowych.

Mapa topograficzna niewidocznej strony Księzyca

W chwili gdy mamy nów, ta nieoświetlona część jest tą samą co część widoczna w momencie pełni. Reszta pozostaje niewidoczna i wygląda zgoła odmiennie. Wbrew zwyczajowej nazwie, nie jest cały czas ciemna. To tam znajdują się najwyższe miejsca na Księżycu.

Niewidoczna strona Księzyca w momencie gdy na ziemi Księzyc jest w nowiu

Niewidoczna strona Księżyca pokryta jest w znacznie większym stopniu kraterami niż pełna płaskich przestrzeni (zwanych potocznie morzami) jasna strona Księżyca. Kiedyś zwykło się mówić, że odpowiedzialna jest za to Ziemia, która chroni przed bombardowaniem jej przez asteroidy. I podobnie ciemna strona Księżyca jest usiana kraterami dlatego, bo stanowi tarczę ochronną dla Ziemi.

Obserwacje wykonane przez sondę Lunar Prospector pod koniec XX wieku zmieniły trochę ten pogląd. Na widocznej z Ziemi stronie znajduje się więcej obszarów aktywnych termicznie, a wypływy lawy prowadziły do zmian struktury geologicznej i wygładzenia sporej części powierzchni. Odpowiedzialne za to we wczesnej fazie powstawania Układu Słonecznego, gdy formował się Księżyc, jest ciepło Ziemi, które rozgrzewało stronę Księżyca skierowaną ku niej, pozostawiając stronę ciemną chłodniejszą.

I nie jest to zaskoczeniem, bo w roku 1959 nie dysponowaliśmy jeszcze zaawansowanymi technologiami rejestracji obrazu, a wysyłane w Kosmos sondy badawcze miały dokonać przede wszystkim pierwszych, a nie najlepszych obserwacji. Na podstawie zdjęć wykonanych przez radziecką sonde Łuna 3 (16 miało wartość naukową), która przeleciała w pobliży Księżyca w odległości 68 tysięcy kilometrów, powstał pierwszy atlas niewidocznej z Ziemi strony Księżyca z opisanymi 500 obiektami.

Jeden z pierwszych obrazów niewidocznej strony Księżyca

W 1962 na ciemnej stronie celowo rozbito amerykański Ranger 4, niestety bez oczekiwanych skutków. Cztery lata później sonda Zond 3 wykonała kolejne 25 zdjęć co zwiększyło liczbę zdefiniowanych obiektów do 4000. W latach 60. XX wieku amerykanie szykowali się do lotu na Księżyc, ale poważniejsze obserwacje wykonali po Rosjanach, dlatego wiele miejsc na niewidocznej stronie nosi nazwy rosyjskich naukowców lub miejsc.

Ludzi, którzy na własne oczy widzieli ciemną stronę Księżyca jest niewielu. To członkowie załogowych misji Apollo 8 oraz 10 - 17, które dotarły do Księżyca. Kolejnymi w najbliższych latach mogą stać się turyści o ile plany turystycznych lotów wokół naszego naturalnego satelity zostaną zrealizowane.

Mapę Księżyca, w tym jego niewidocznej strony z oznaczonymi ciekawymi miejscami i etykietami opisującymi znane nam obiekty, możemy obejrzeć w aplikacji Google Earth, a także na stronie moon.google.com.

Zdjęcie niewidocznej strony Księżyca wykonane przez sondę LRO

Znacie zapewne słynne zdjęcia (de facto są to mozaiki zdjęć) wykonane przez astronautów misji Apollo, które pokazują Ziemię, a raczej jej połówkę, która unosi się w przestrzeni ponad horyzontem Księżyca. Zdjęcia, które nazywa się Wschód Ziemi (ang: Earthrise). Istotnie wygląda to tak jakby Ziemia wschodziła niczym satelita nad powierzchnią Księżyca, ale prawda jest taka, że znajduje się ona mniej więcej w tym samym miejscu na księżycowym niebie. Prawie bo występują pewne zmiany położenia (wysokości nad horyzontem) i wiążą się one drobnymi wahaniami położenia orbity Księżyca względem płaszczyzny orbity wokółsłonecznej Ziemi.

Ziemia widziana z Księżyca ma oczywiście różne fazy, bo podobnie jak Księżyc jest raz oświetlana przez Słońce, a raz jej powierzchnia ginie w cieniu. Gdy Ziemia jest w „pełni”, z Ziemi widzimy Księżyc w nowiu. I z kolei Ziemia w „nowiu” występuje wtedy gdy mamy pełnię Księżyca. Niestety na Księżycu nie zobaczymy efektownego zaćmienia Słońca gdyż rozmiar kątowy Ziemi jest większy niż rozmiar kątowy Słońca widzianego z Księżyca.

Pozorny wschód Ziemi to wynik ruchu pojazdu Apollo 11, z którego wykonano te zdjęcia

Z ciemnej strony Księżyca nie zobaczymy Ziemi, a co najwyżej Słońce, gdy mamy nów na Ziemi. Z kolei w trakcie pełni ciemna strona Księżyca jest bardzo dobrze izolowana przed światłem słonecznym i istotnie jest tam wtedy bardzo ciemno z naszej perspektywy.

Dlatego te niewidoczne z Ziemi rejony Księżyca wydają się przerażające dla potencjalnych selenonautów, gdyż brak ukochanej niebieskiej kropki w polu widzenia może wpłynąć negatywnie na psychikę. Jednak jeśli na Księżycu powstanie kiedyś załogowa baza, a nawet osiedle mieszkalne, to rozważane będą lokalizacje które pozwolą przede wszystkim efektywnie eksplorować naszego satelitę. A to nie koniecznie musi być środek widocznej z Ziemi części Księżyca.

Niewidoczna strona Księżyca ma swoje niezaprzeczalne zalety. Nie od dziś uznawana jest za doskonałe miejsce dla radioteleskopów, które będą badać Kosmos z precyzją dużo większą niż te naziemne. I to nie dlatego, że potocznie nazywa się te stronę, ciemną stroną.

Wizja obserwatorium na niewidocznej stronie Księżyca

Całe promieniowanie, które dociera do radioteleskopu umieszczonego na niewidocznej stronie Księżyca to promieniowanie z obiektów innych niż te wykonane ludzką ręką. Być może będzie to też promieniowanie sztuczne, ale spoza Ziemi. Brak ziemskich zakłóceń przysłuży się dokładniejszemu mapowaniu rozkładu materii we wczesnym Wszechświecie, a to pomoże doprecyzować modele opisujące jego istnienie w pierwszych chwilach (a tym samym ostatecznie potwierdzić lub obalić teorię inflacyjną - gwałtownego zwiększenia objętości).

Chińska misja Chang’e 4 wzorowana jest na misji oznaczonej numerem 3, która w 2013 roku zakończyła się udanymi badaniami okolic Morza Deszczów przez łazik Yutu. To była próba sił, a badania widocznej strony nie były tak oczekiwane jak badania niewidocznej. Nie chodzi tu nam o sam jej wygląd, a badania geologiczne i sejsmologiczne, które da się przeprowadzić jedynie na powierzchni. Częścią misji Chang’e 4 był także projekt studencki, który miał zbadać wzrost roślin (rzeżucha, nasiona ziemniaka) oraz jaj jedwabnika w warunkach księżycowych. Eksperyment do pewnego stopnia okazał się sukcesem - pierwszy raz żywe organizmy rosły na powierzchni Księżyca, ale dość szybko poddały się mroźnej nocy jaka zapadła po opuszczeniu przez Słońce księżycowego nieboskłonu.

Tak wyobrażano sobie łazik Yutu 2 na Księżycu

A tak wygląda to w rzeczywistości

Zanim doszło do misji Chang’e trzeba było zapewnić łączność z Ziemią. W tym celu jeszcze w pierwszej połowie 2018 roku za Księżycem umieszczono satelitę przekaźnikowego z 4,2 metrową anteną, która zapewnia komunikację w falach mikrofalowych. Satelita Queqiao umieszczony jest w punkcie, w którym zachowuje stabilne położenie i widzi dobrze i łazik oraz lądownik na Księżycu jak i Ziemię z której odbiera sygnały i na którą przekazuje dane.

Chang’e 4 na orbitę Księżyca wszedł już 12 grudnia 2018 roku, a lądowanie miało miejsce nocą 3 stycznia 2019 roku wewnątrz krateru Von Kármán o średnicy 186 kilometrów. Znajduje się on na południowej półkuli w miejscu o szerokości 53 stopni czyli jest zorientowany względem południowego bieguna Księżyca podobnie jak Polska względem bieguna północnego na Ziemi.

Mapa części Księżyca, z kraterem gdzie wylądował Chang'e 4 (źródło: NASA/GSFC/Arizona State University)

To pierwsze gładkie lądowanie na niewidocznej stronie Księzyca. Poniżej wideo zarejestrowane przez kamerę podejściową (descent camera) lądownika w trakcie opadania na powierzchnię. Lądowano w pionie, a wcześniej (co widać na filmie) wytracona została prędkość w poziomie.

Ladownik Chang’e 4 na ziemi waży 1200 kilogramów, a łazik, który bada okolice lądowania (Yutu 2) waży 135 kilogramów. Miejsce lądowania wybrano ze względu na stosunkowo niewielką ilość przeszkód, ale i tak już na wysokości 100 metrów aktywowały się mechanizmy korygujące położenie, by jak najspokojniej posadzić lądownik na pokrytej gęstą warstwą pyłu (jak się okazało) powierzchni.

Lądownik widziany przez kamery łazika

Pył i ślady jakie na nim zostawiają koła Yutu 2 widać z kolei doskonale na kolejnym filmie, który ukazuje przejażdżkę po powierzchni Księżyca. Trzeba przyznać, że taki materiał daje dużo więcej satysfakcji niż statyczne zdjęcia i lepiej przemawia do wyobraźni.

A tak zaczęła się podróż Yutu 2, o podobnych sekwencjach wideo powinny pomyśleć NASA i ESA wysyłając kolejne łaziki na Marsa.

Łazik bardzo szybko opuścił lądownik, ale tuż po tym musiał chwilkę odpocząć, gdyż promieniowanie słoneczne rozgrzało powierzchnię do ponad 100 stopni. Po kilku dniach powrócił do pracy. Wykonał liczne zdjęcia, w tym sekwencję 80 zdjęć połączonych w 360-stopniową panoramę.

Czas, choć dzień na Księżycu trwa miesiąc (stąd potoczne określenie naszego naturalnego satelity), płynie szybko i niewidoczną stronę Księżyca spowija teraz noc (pełnia nastąpi 21 stycznia), której czoła stawiają łazik jak i lądownik.

Pojazdy są wyposażone w generatory termiczne, które pomagają utrzymać właściwa temperaturę elektroniki w tym czasie. Jednak funkcjonowanie ich zostało ograniczone do minimum. Kontroli przez cały czas podlegały także warunki środowiskowe w zbiorniku w którym umieszczono wspomniane żywe organizmy. Dysponowały one dostępem do substancji odżywczych, zapasem powietrza, wody, by stworzyć minibiosferę, która miała zapewnić ich jak najdłuższy wzrost. Niestety, długo to nie trwało. 

Rankiem 21 stycznia cień Ziemi przesłoni naszego naturalnego satelitę, który będzie zbliżał się do zachodniego horyzontu. Środek całkowitego zaćmienia będzie miał miejsce o 6:12 czyli jeszcze podczas porannego mroku, a całe zjawisko potrwa od 3:36 do 8:48, w tym faza pełnego zaćmienia od 5:41 do 6:43. W Polsce po zakończeniu drugiej części fazy częściowego zaćmienia Księżyc znajdzie się pod horyzontem, dlatego oglądanie pełni zaćmienia tym razem nie będzie ani proste (widok może być przesłonięty) ani komfortowe (ze względu na niskie temperatury).

Księżyc w pełni w tym dniu będzie znajdował się w odległości, która uzasadnia nazwanie go Superksiężycem, będzie też to tak zwany Krwawy Księżyc czyli mocno poczerwieniony i na dodatek Księżyc Wilka jak zwykło się określać Księżyc podczas pierwszej pełni w roku.

Gdy spojrzymy się na ginący w cieniu Ziemi Księżyc, pomyślmy, że tam gdzieś lądownik Chang’e 4 i łazik Yutu 2 po jego drugiej stronie pogrążone są w jeszcze większym i dłuższym mroku, czekając na nadejście księżycowego dnia.

Źródło: CNSA, inf. własna, NASA