Až do nedávné doby byla přijímána všeobecná představa o Měsíci jako o pustém, mrtvém světě, jenž nezná vodu a nemá prakticky žádnou atmosféru. Trhlinu tato představa dostala misí sondy LRO/LCROSS v podobě objevu vody v trvale zastíněných kráterech v okolí jižního pólu. Nedávné studie pak rozbouraly i ideu neexistence atmosféry obklopující bezprostředně našeho nebeského souseda, když potvrdily řídkou vrstvu atmosféry skládající se z několika neobvyklých plynů včetně sodíku a draslíku.

Dosavadní výzkum měsíční atmosféry

Hustota lunární atmosféry není nijak závratná, méně než milion molekul na centimetr krychlový (atmosféra Země na úrovni moře 10 triliónů molekul). Podobnou hustotu byste našli ve výškách, kde obíhá Mezinárodní kosmická stanice (ISS) t.j. 400-500 km nad hladinou moře. Na Zemi bychom to směle nazývali vakuum, ovšem ISS tento počet molekul stačí k tomu, aby zpomalovala svou rychlost. Někdy se měsíční atmosféra označuje jako exosféra, což není přesné, neboť hustotou spíše odpovídá zemské termosféře. Ovšem dalo by se říci, že některé vlastnosti mají měsíční a pozemská exosféra společné, například to, že částice svrchní vrstvy unikají do meziplanetárního prostoru.

Již vědecký přístroj Lunar Atmospheric Composition Experiment (LACE) dovezený na Měsíc posádkou Apolla 17 objevil atomy a molekuly některých prvků jako helium, argon, případně neon, amoniak, metan a oxid uhličitý. Speciálními teleskopy je možné odstínit odražené světlo z povrchu a pozorovat tak záření sodíku a draslíku vybuzené Sluncem (viz. obrázek vlevo).

Sonda Wind vypuštěná NASA v roce 1994 jež se usídlila v libračním centru L1 má jako primární úkol sledování slunečního větru a jeho vliv na magnetosféru Země. Její přístroj STICS pro měření hmotnosti a energie iontů objevil v atmosféře Měsíce ionty kyslíku, křemíku a hliníku.

Další zpřesnění složení atmosféry přinesla japonská sonda Kaguya (SELENE). Stručný výpis zaznamenaných iontů: H⁺, He⁺⁺, He⁺, C⁺, O⁺, Na⁺, K⁺ a Ar⁺. Zjistila navíc, že hustota atmosféry je přímo ovlivňována slunečními fotony.

Přichází LADEE

Od LADEE se očekává zpřesnění dosavadních výsledků výzkumu. Po skončení její mise bychom tak mohli znát velmi přesně počet prvků, jejich množství a rozložení v atmosféře. Dále by mohla být zodpovězena otázka důležitosti jednotlivých procesů tvorby atmosféry od vysokoenergetických slunečních fotonů a slunečního větru přes vyvrhování částic dopady komet a meteoroidů na povrch po uvolňování plynů z nitra Měsíce.

Díky objevu ledu sondou LRO  a tenké rozptýlené vrstvy molekul vody rentgenovou observatoří Chandrayaan-1 bychom se mohli dozvědět díky LADEE něco o transportu molekul vody mezi polárními oblastmi a nižšími šířkami. Atmosféra by v něm mohla hrát poměrně zásadní roli. Podobnou atmosféru jako náš Měsíc by měl mít i Merkur a některé další planetky, asteroidy a měsíce, takže se výsledky z Měsíce hodí i při výzkumu dalších objektů Sluneční soustavy a možná už nejen jí.

LADEE byla koncipována jako nízkorozpočtová mise na nově vytvořené univerzální platformě Modular Common Spacecraft Bus. Díky této platformě bude možné v budoucnu vytvářet levné a přitom spolehlivé sondy, které budou moci plnit nejrůznější úkoly při výzkumu Sluneční soustavy.

Původně se měla podívat do vesmíru jako přívažek dvojice sond GRAIL. Nakonec bylo rozhodnuto, že se vydá do vesmíru na špici nové rakety Minotaur-5. Tu provozuje firma Orbital Sciences Corporation(OSC), která stojí i za raketami Antares, Taurus nebo Pegasus. Rakety Minotaur mají vesměs stupně na tuhé pohonné látky (solid ) z vyřazených vojenských raket.  Minotaur-5 vychází z rakety Minotaur-4, která má čtyři stupně a na nízkou oběžnou dráhu vynese okolo 1,5 tuny. Pětka má navíc hybridní 5.stupeň Hydroxyl-terminated polybutadiene (HTBP), který jí umožňuje vynášet asi 400 kg těžké objekty na GTO a do meziplanetárního prostoru.

Do této nosnosti se LADEE se svými 383 kg vměstná. Prázdná LADEE váží 130 kg a na vědecké přístroje připadá 20 kg. Ty jsou tři: kvadrupólový neutrální hmotový spektrometr – Neutral Mass Spectrometer (NMS), ultrafialový a viditelný spektrometr – Ultraviolet/Visible Spectrometer (UVS) a přístroj pro výzkum měsíčního prachu – Lunar Dust Experiment (LDEX).

NMS je schopen rozpoznat prvky až do relativní atomové hmotnosti 150. Zaměřen je na CH4, S, O, Si, Kr, Xe, Fe, Al, Ti, Mg, OH a H2O.

UVS detekuje Al, Ca, Fe, K, Li, Na, Si, T, Ba, Mg, H2O a O a bude monitorovat složení prachu.

LDEX je dopadový ionizační prachový detektor určený k měření částic až 0,3 mikronů ve výšce, kde se bude sonda pohybovat.

Laserová komunikace

Na palubě se nachází ještě jeden zajímavý přístroj Lunar Laser Communications demonstrator (LLCD), což je zařízení, které bude komunikovat s pozemním střediskem pomocí laserového paprsku. Infračervený laser je totožný s tím, který se používá pro vysokorychlostní přenosy optickými vlákny. Ve vesmíru je však paprsek velmi citlivý na přesné zaměření na příjimací stanici. To je poměrně hodně sofistikovaná činnost neboť sonda i řídící středisko na Zemi neustále vůči sobě mění svou polohu, přičemž do hry vstupují i gravitační anomálie a činnost přístrojů sondy, které mohou způsobit jemné vibrace. V případě odchylky dochází k poklesu signálu, až ztrátě spojení. Při bezchybné funkci ovšem nabídne laserový přenos na kosmické poměry nevídané rychlosti datového toku až 622 Mb/s, což je 5x více než dosavadní rekord z této vzdálenosti. Laserovou komunikaci si vyzkoušela i stávající lunární sonda LRO, která přeposlala řídícímu středisku obrázek Mony Lisy. Dlužno podotknout, že laser jako komunikační médium se testuje i na ISS a to jak americkou tak ruskou stranou. Abychom se vrátili k LADEE. Ta bude samozřejmě disponovat i klasickým radiových spojením v pásmu S. To bude nutné jednak pro úvodní navázání spojení a také jako záloha laserového kanálu. I telemetrické údaje by měla sonda zasílat tradičně.

Testování a průběh mise

Jak jste si jistě povšimli, celá sonda je doslova oblepena solárními panely. Ty mají maximální výkon 295 W.  Ten díky různému postavení Slunce vůči sondě většinou bude okolo 100W. Přístroje na palubě mají příkon 60 W, takže by to mělo stačit. Pro optimální dodávku energie budou na palubě ještě baterie. Bezproblémové zásobování elektřinou během mise se simulovalo se vakuové komoře, kde se sonda vystavovala různým teplotám a osvitu, podobně jako tomu bude při obíhání Měsíce.

Termín startu se neustále měnil. Závisel na vývoji nosné rakety Minotaur-5, pro kterou má být tato mise premiérová. Informace z 2.5.2013 mluví o startu 6.září 2013 ze základny Wallops. Až poslední stupeň rakety Minotaur-5 nasměruje sondu na dráhu k Měsíci, sonda se od něj oddělí a dál už bude používat pouze svůj hlavní motor OCS ( Orbit Control System) a malé korekční trysky. Středisko by se sondou po oddělení mělo navázat spojení přes síť Deep Space Network, aby sondě pomohlo vmanévrovat na oběžnou dráhu Měsíce.  Ta by měla být kruhová v protisměru otáčení Měsíce ve výšce 50 km nad jeho povrchem. Časový plán počítá s 30-ti dny na cestu, stejně dlouhým testovacím režimem a 100 dny vědecké činnosti.

Věřme, že to bude dostatečně dlouhá doba k tomu, aby nám LADEE přinesla spoustu cenných informací o složení a chování lunární atmosféry, o jejíž existenci mnozí donedávna pochybovali.

Zdroje informací:
http://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/
http://space.skyrocket.de/
http://www.astro.cz/
http://www.osel.cz/
http://wind.nasa.gov/
http://forum.kosmonautix.cz/

Zdroje obrázků:
http://www.nasa.gov/images/content/741110main_sodium%20full.jpg
http://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/thumbnail/ladee.gif
http://www.nasa.gov/images/content/745355main_LADEE_TVAC_Prep_673.jpg
http://www.nasa.gov/images/content/663536main_wallops-minotaurV-wideangle_4x3_946-710.JPG