Vážení čtenáři. Rok se s rokem sešel a jsou tu opět prázdniny a s nimi náš tradiční seriál TOP 5. Vy kteří sledujete náš portál dlouho asi tušili, že i letos se v tomto seriálu opět setkáte s několika mými články. Letos, stejně jako i před rokem, se mi navíc dostalo velké cti tradiční letní seriál zahájit. Velmi si této důvěry vážím a doufám, že vás nezklamu. Včetně tohoto se můžete těšit na pět mých článků. Pak po mě štafetu přeberou kolegové a já se budu soustředit opět na jiný typ textů. Ale k tomu později, teď jsem zde s prvním článkem série TOP 5. Když jsem před časem přemýšlel čím začít, došlo mi, že s ohledem na 55. výročí přistání Apolla 11 nelze otevřít seriál ničím jiným než právě nějakým měsíčním tématem. Dnes se tedy podíváme na nejzásadnější vědecké objevy, které se podařily díky misím Apollo.

5) Měsíc je mrtvé těleso

Informace, která nám dnes zní skoro samozřejmě, v současné době totiž snad není nikdo jen trochu příčetný, kdo by se snažil na Měsíci hledat život. A je úplně jedno, zda hovoříme o životě existujícím nyní, či jen o pozůstatcích nějakých pradávných organismů. Měsíc je považován za naprosto mrtvé těleso, tomu ostatně odpovídá také stupeň planetární ochrany, která není v případě Měsíce příliš vysoká. Sondy letící na povrch Měsíce se nemusí nijak speciálně dezinfikovat, možné zanesení živých organismů na Zemi nebo naopak znečištění měsíčního ekosystému se pokládá za vyloučené, zkrátka proto, že na Měsíci žádný život není a s pravděpodobností hraničící s jistotou ani nikdy nebyl.

Nezapomínejme ale, že není zas tak dávno doba, kdy se o životě na Měsíci reálně uvažovalo. Kupříkladu Johannes Kepler ve své knize Somnium (Sen), která bývá často považována za první dílo žánru science fiction, zcela vážně spekuluje o obyvatelích Měsíce s nimiž se jeho hrdina na své cestě setkává. Mimochodem, kvůli této knize měla velké problémy Keplerova matka. Kepler, respektive jeho hrdina používá matčino kouzlo k cestě na Měsíc. A protože byla navíc jeho matka známá jako hašteřivá žena, obvinění z čarodějnictví na sebe nenechalo dlouho čekat. Kepler musel vynaložit veškerý svůj um, aby se mu podařilo matku ze spárů inkvizice osvobodit.

Ale nemusíme ani chodit do tak dávné historie. V roce 1753 sice chorvatsko-srbský vědec Ruder Boškovič prokázal, že Měsíc nemá atmosféru, jeho dílo ale bohužel na řadu desetiletí víceméně zapadlo, takže spekulace o životě na Měsíci mohly vesele pokračovat. V první polovině 19. století přemýšleli někteří přední astronomové o životě měsíční vegetaci či inteligentní civilizaci selenitů. A přestože v roce 1837 došlo k znovuobjevení Boškovičova zjištění, někteří snílci dále uvažovali o určitých formách měsíčního života. Když ale první sondy ze Sovětského svazu a Spojených států provedly svá měření, nenašli jsme těleso plné života, nýbrž zcela pustý objekt bez sebemenších známek čehokoliv živého. Ani přistávací sondy navíc nic zásadního v tomto ohledu nenalezly.

Mohli byste tedy argumentovat, že jsme o Měsíci věděli, že je bez života už před přistáním prvního Apolla. A měli byste pravdu, nicméně jen částečně. Že na Měsíci není život se už dalo tušit, avšak definitivní důkaz chyběl. Vzpomeňte si, že ještě astronauté z misí Apollo 11, 12 a 14 museli po přistání zpět na Zemi do karantény, kdyby přece jen náhodou nějaké mikrorganismy přivezli. Když se však nic takového nestalo a i v přivezených horninách nebylo objeveno nic co by jen vzdáleně připomínalo i ty nejjednodušší živé organismy jako jsou bakterie nebo archea, mohl být Měsíc konečně prohlášen za mrtvé těleso. A toto přesvědčení trvá dodnes, nic na něm nezměnily ani pozdější úspěšné mise.

4) Stáří měsíčních hornin

Jak je Měsíc starý? To jsme ještě poměrně nedávno vůbec nevěděli. Díky lunárním misím už ale víme vcelku přesně. Navíc jsme zjistili, že nejstarší měsíční horniny jsou bezpečně starší než nejstarší pozemské horniny a navíc, i ty nejmladší měsíční horniny jsou starší než většina hornin pozemských. K tomu se za chvíli vrátíme, ale nejprve si musíme říci, jak vůbec stáří hornin určujeme. Najdeme-li nějaký kámen, můžeme ho datovat relativně či absolutně. Relativní datování nám neřekne nic o stáří horniny jako takové, neurčí nám tedy před kolika miliony let hornina vznikla. Řekne „jen“, zda je mladší či starší než jiné vzorky hornin. Absolutní datování pak určí přesný věk zkoumaného vzorku.

Nevýhoda absolutního datování je to, že jej lze použít jen pro některé druhy hornin. Obvykle pro ty, které vznikly vulkanickou činností. Pro usazeniny jej použít nelze. Což nám ale nevadí, neboť na Měsíci jsou v zásadě jen vulkanické horniny. V takovém případě můžeme stáří vzorku určit radioizotopově, kdy měříme přesné zastoupení určitého izotopu ve zkoumané hornině. Z populární kultury či ze školy možná znáte radiokarbonové datování, kdy se měří množství radioaktivního uhlíku ¹⁴C. Tato metoda ovšem funguje pouze do nižších desítek tisíc roků, na vyšší škály už používáme jiné prvky, například uran ²³⁸U, uran ²³⁵U, thorium ²³²Th, rubidium ⁸⁷Rb nebo draslík ⁴⁰K.

Pokud máme nějaké horniny datovány absolutně, geologové srovnáním dokáží odhadnout i stáří dalších zajímavých vzorků přes relativní datování. Běžně by věk takových hornin určit nešlo, ale když už mají dodatečnou informaci z absolutní datace jiných vzorků, je tento postup možný. Ukazuje se, že nejstarší měsíční hornina vykazuje věk 4,46 miliardy roků, zatímco nejmladší (z měsíčních moří) asi 2,0 miliardy roků. A i to byla velká revoluce. Takto mladý vzorek nalezla sonda čínská Chang’e 5 a jeho objev byl publikován v roce 2021. Nyní tak máme důkazy, že vulkanismus na Měsíci probíhal o asi 800 – 900 milionů let déle než jsme si dříve mysleli. Určité náznaky tu byly již dříve, ale mít v ruce konkrétní takto mladý vzorek je něco docela jiného.

U Země je situace zcela odlišná, nejstarší horniny mají asi 4,28 miliardy roků. To je ale velká výjimka. Takto staré horniny (z období tzv. hadaika) se nacházejí jen na několika málo místech na světě. Ty vůbec nejstarší pochází ze západní Austrálie, Kanady a Grónska, o něco málo mladší pak Guyany, východní Brazílie, jižní a severní Číny. Naprostá většina povrchu Země je nicméně výrazně mladší, jen v řádu nižších stovek milionů let. Na Zemi totiž funguje desková tektonika a eroze, což celý povrch poměrně rychle proměňuje a obnovuje. Na Měsíci nic takového nepůsobí, takže povrch zůstává po stovky milionů let víceméně neměnný.

3) Měsíc není primární těleso a vyjasnění jeho původu

Jak Měsíc vznikl a odkud pochází? To jsme dříve vůbec netušili. Teologové by snad řekli, že jej stvořil Bůh společně se Zemí, zastánci starých polyteistických náboženství by za tím zase hledali lunárního boha. To je však pro vědce sotva uspokojivá odpověď. V dávných dobách se navíc myslelo, že je Měsíc nedosažitelný a velmi tajemný. Později se však začaly objevovat návrhy, že by mohlo jít o velký kámen alespoň v principu podobný Zemi, který odráží světlo Slunce. Po objevu dalekohledu se podařilo na Měsíci dokonce identifikovat jisté útvary podobné těm na Zemi, ale o původu Měsíce jsme toho stále příliš nevěděli.

První seriózní návrh předložil až na konci 19. století anglický astronom George Darwin, syn slavnějšího Charlese. Ten se domníval, že Země a Měsíc byly kdysi jediným tělesem. Měsíc se podle něj měl oddělit od Země vlivem odstředivých sil. Dokonce měl i místo, kde mělo k tomuto odštěpení dojít, Tichý oceán. Jako argument pro svou hypotézu uvedl to, že Měsíc byl dříve Zemi mnohem blíže a postupně se od ní vzdaloval a stále vzdaluje. Tato hypotéza byla zprvu obecně přijímaná a navíc se vzdalování později podařilo potvrdit díky koutovým odražečům, které na povrchu Měsíce zanechaly výpravy Apollo a sovětské Luny. Současně se však ukázalo, že Darwinova hypotéza bohužel nedokáže všechny vlastnosti Měsíce uspokojivě vysvětlit.

Proto se začaly objevovat další hypotézy. Někteří navrhovali, že Měsíc vznikl zcela nezávisle na Zemi, která jej později pomocí gravitační síly zachytila. Tuto hypotézu ovšem potápí skutečnost, že Země a Měsíc mají de facto identické poměry izotopů kyslíku a také to, že gravitační zachycení je velmi obtížné. Existuje i hypotéza, že Měsíc a Země vznikly jako sourozenci, společně rostly z materiálu prvotní mlhoviny. Tato možnost ovšem zase neumí vysvětlit oment hybnosti celé soustavy, popřípadě velikost Měsíčního jádra. Nejvíce se tak prosadila hypotéza obřího impaktu. Má se za to, že v době před asi 4,53 miliardami let, sotva 30 milionů let po zformování Země, narazilo do naší planety další těleso nazývané někdy Theia.

Tato planetesimála způsobila opětovné roztavení zemského povrchu a vznik magnatického oceánu. Současně srážka vyvrhla na oběžnou dráhu kolem Země množství trosek. Z nich se později zformoval náš Měsíc. Tato hypotéza dokáže dobře vysvětlit izotopové složené Země i Měsíce, velikost a složení jádra Měsíce, moment hybnosti soustavy i parametry oběžné dráhy Měsíce kolem Země. Přímo tuto hypotézu potvrdily vzorky z misí Apollo, které právě poukázaly na téměř totožné izotopové složení se zemskými horninami, i na to, že celý povrch Měsíce byl kdysi roztaven. Do doby Apolla existovalo několik skoro stejně pravděpodobných hypotéz. Mohli jsme jen spekulovat, která z nich je správná. Díky Apollu se však velký impakt definitivně prosadil

Detaily modelu se pravda mohou lišit. Například to, jak velká byla Theia a pod jakým úhlem k impaktu došlo je stále předmětem vášnivých diskuzí. Podle původních předpokladů mělo jít o těleso velikosti Marsu, ale jsou i jiné návrhy, podle nichž mohlo jít o těleso o velikosti až Země. Nejasný je také původ tělesa, dnes se má ovšem za to, že jde o tzv. trojánské těleso Země, které přiletělo někde z okolí bodu L4 nebo L5 soustavy Slunce – Země. Je také možné, že k nárazu došlo až o něco později, v době před 4,48 miliardami let. To však nic nemění na obecném přijetí impaktní hypotézy a na tom, že Měsíc není primární těleso, ale má strukturu podobnou jako Země a další terestrické planety. A to víme právě díky misím Apollo.

2) Původ měsíčních moří

Když se podíváte na měsíční povrch, povšimnete si mnoha útvarů, které mají jména totožná s pozemskými geografickými celky. Najdeme zde moře (Mare), zálivy (Sinus), jezera (Lacus) bažiny (Palus) a dokonce i oceán (Oceanus). Lidé si totiž skutečně mysleli, že tmavé oblasti na Měsíci odpovídají reálným vodním plochám. A není příliš divu, tmavé plochy totiž skutečně zaujmou hned na první pohled. Později, v éře kosmických sond, se sice zjistilo, že tomu tak není, názvy už ale zůstaly. Dodnes tak najdeme na Měsíci Oceán bouří, Moře klidu, Moře vláhy, Jezero jara, Bažina hniloby či záliv Luny. Nyní už také známe jejich původ. V jeho odhalení hrály klíčovou roli mise Apollo a rozbor jimi dovezených lunárních vzorků.

V nejranější fázi vývoje Měsíce, před 4,4 až 4,1 miliardami let se vytvořily lunární vysočiny. Tehdy pokrýval povrch Měsíce magmatický oceán sahající až desítky kilometrů pod povrch. Zhruba v této době se začala formovat prvotní měsíční kůra, dnes tvořící lunární vysočiny, nejstarší části měsíčního povrchu. V té době se ještě ve Sluneční soustavě vyskytovalo velké množství menších těles jako jsou planetky a komety, které dopadaly na povrch Měsíce a dále jej přetvářely. Ke konci éry pozdního těžkého bombardování, v době před cca 3,85 – 3,8 miliardami let došlo k několika velkým impaktům, které prorazily ranou kůru a ráz povrchu značně změnily. Největší z nich byl náraz, jenž vytvořil pánev Imbrium, dnes známou jako Mare Imbrium (Moře dešťů).

Možná si říkáte, že tento útvar jako typický kráter příliš nevypadá a máte docela pravdu. Tehdy vzniklé pánve jako jsou Imbrium, Fecunditatis, Serenitatis, Tranquilitatis či Crisium prošly totiž ještě značným vývojem. Od svého vzniku až do období zhruba 3,2 miliardy let před dneškem je postupně vyplňovaly proudy čedičové lávy. Té se vylilo na povrch obrovské množství, hovoříme proto o výlevném vulkanismu. Ten pohřbil dna impaktních pánví pod mohutnou vrstvou hustého magmatu, které zakrylo starší geologické útvary a utuhlo. Výjimečně se vylévala láva i mnohem později, nejmladší lávové proudy jsou staré podle odhadů asi jen 1,2 miliardy let, nejmladší potvrzený vulkanismus má, jak již bylo řečeno výše 2,0 miliardy roků.

I přes překrytí pánví lávou jsou ale stopy pradávných impaktů dodnes patrné a moderními metodami i relativně lehce odhalitelné. Víme tak, že Mare Imbrium je se svým průměrem 1 150 km jednou z největších impaktních pánví v celé Sluneční soustavě. Když se podíváme na měsíční povrch, na první pohled jasně rozpoznáme tmavá lunární moře od světlejších vysočin. Jak ukázaly mise Apollo, lunární moře jsou tvořena převážně jen čedičem, s tím, že je zde velký obsah minerálů bohatých na železo a hořčík, zejména jde o olivín či pyroxen. Celkově tvoří měsíční moře asi jednu třetinu povrchu přivrácené strany Měsíce. Na odvrácené straně je to ovšem, pro někoho možná překvapivě, úplně jinak.

1) Rozdílnost přivrácené a odvrácené strany

Zatímco při pohledu na přivrácenou stranu najdeme měsíční moře okamžitě, jen prostým pohledem, při prohlížení odvrácené strany se musíme hodně snažit, abychom nějaké moře nalezli. Není tedy pravda, že na odvrácené straně žádná moře nejsou, jak se občas uvádí. Tvoří nicméně jen 2,6 % povrchu této polokoule. Jinými slovy, na přivrácené straně máme desetkrát větší plochu měsíčních moří. V případě odvrácené strany se měsíční moře nacházejí jen ve větších impaktních pánvích. Konkrétně je zde Mare Ingenii (Moře talentů), Mare Moscoviense (Moskevské moře) a na rozhraní odvrácené a přivrácené strany je ještě Mare Orientale (Východní moře). Kromě nich je ještě podobným materiálem pokrytý vnitřek kráteru Ciolkovskij.

To je ale všechno. Přivrácená a odvrácená strana Měsíce jsou tedy výrazně odlišné. Tyto rozdíly ukázaly už první lunární sondy. První snímky ze sovětské Luny 3 nebyly ještě moc kvalitní, ale pozdější sondy už získaly výrazně lepší obrázky, které zásadní odlišnost obou polokoulí velmi dobře ukázaly. Do doby kosmické jsme o ničem takovém neměli ani tušení. Odvrácená strana totiž není z povrchu Země téměř vidět. Možná vás zarazí to slovo téměř. Měsíc má totiž vázanou rotaci, ale současně známe tzv. librační pohyb. Jde o kývavý pohyb Měsíce vůči pozemskému pozorovateli. Vlivem librace je ze Země ve skutečnosti za příznivých podmínek vidět až 59 % měsíčního povrchu, tedy asi 18 % odvrácené strany. Ovšem to v tomto případě ani zdaleka nestačí.

Na výraznou odlišnost tak musely poukázat až kosmické observatoře a následně i posádky misí Apollo, které si mohly odvrácenou stranu dobře prohlédnout. Právě díky experimentům, které se v rámci misí Apollo povedlo uskutečnit se následně zjistilo, že obě měsíční polokoule se výrazně liší tloušťkou své kůry. Na přivrácené straně dosahuje kůra nejčastěji tloušťky něco mezi 25 a 40 kilometry, jenže na odvrácené straně je to místy až více než 60 kilometrů, na většině plochy pak nejméně 35 kilometrů. Jinými slovy, na odvrácené straně je měsíční kůra většinou o 20 kilometrů silnější než na straně přivrácené. A to je poměrně zvláštní, vzhledem k tomu, že k tomu není žádný přirozený důvod. Vázaná rotace je jedna věc, ale to nevysvětluje takové rozdíly.

Když toto víme, nemůže nás příliš překvapit absence lunárních moří. Silnější kůru je totiž výrazně těžší prorazit, takže magma si cestu na povrch razilo jen nesmírně obtížně. A úspěšně se mu to podařilo jen v případě několika málo opravdu velkých impaktů. Proč je tato polokoule odlišná? Nevíme. Objevuje se několik vysvětlení. Jedno spočívá v předpokladu, že se prvky produkující teplo koncentrují spíše na přivrácené straně. To ale nevysvětluje, proč v Oceánu bouří proběhla masivní vulkanická aktivita, ale v pánvi South Pole-Aitkne nikoliv. Jiná možnost operuje s tím, že po srážce s Theiou vznikly dva měsíce, přičemž se menší později srazil s větším a jeho materiál se doslova roztekl po odvrácené straně. Tomu zase ale neodpovídá místní chemismus.

Nejnovější výzkumy však říkají něco jiného. Jak víme, v době svého vzniku byl Měsíc Zemi výrazně blíže než dnes. A to jen asi 25 000 km od Země. Ta na něj tedy také dosti zásadně působila, mimo jiné i tepelně. Měsíční kůra se podle nových poznatků zformovala rychleji na odvrácené straně, proto je zde také výrazně silnější až do 100 kilometrů. Naopak na přivrácené straně vlivem tepla ze Země potřebné minerály zkondenzovaly do kůry až později, proto je místní kůra slabší, místy jen 5 kilometrů. V důsledku toho pak bylo pro dopadající tělesa výrazně snadnější prorazit slabší kůru na přivrácené straně. A to je důvod proč je na přivrácené straně více moří a na odvrácené straně zase více kráterů. Lávové výlevy na přivrácené straně totiž starší impakty zakryly.

Závěr

Dnes jsme si ukázali jak vědě přispěly mise Apollo, a že byl jejich přínos značný. Lze jen litovat zrušených misí Apollo 18 – 20, které by určitě udělaly další zcela zásadní objevy, a doufat, že se tento dluh v budoucnu podaří programu Artemis splatit. V příštím díle TOP 5 se podíváme na nejdůležitější fyzikální objevy, které učinily kosmické observatoře.

Poznámky autora

• Program Apollo si připomeneme hned ve dvou přednáškách letošního prázdninového programu popularizačního přednáškového cyklu Pátečníci, který spoluorganizuji.
• 19. 7. přijde Pavel Gabzdyl, který bude hovořit na téma Měsíc plný otazníků.
• 2. 8. potom Vít Straka, jehož téma budou posádky pro mise Apollo a méně známí astronauti tohoto programu.
• Obě přednášky naživo od 17 hodin v budově Přírodovědecké fakulty UK, Benátská 2, Praha nebo na streamu na našem kanálu Pátečníci Sisyfos.

Použité a doporučené zdroje

• NASA Apollo: https://www.nasa.gov/the-apollo-program/
• NASA LRO: https://science.nasa.gov/mission/lro/

Zdroje obrázků

• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/NASA-Apollo8-Dec24-Earthrise.jpg/1024px-NASA-Apollo8-Dec24-Earthrise.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c8/El_Sue%C3%B1o_o_la_Astronom%C3%ADa_de_la_Luna.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/65/1836_the-great-moon-hoax-new-inhabitants-of-the-moon.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0d/Apollo_15_Genesis_Rock.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/35/Big_Bertha_sample_14321.jpg
• https://iiif.wellcomecollection.org/image/V0034178/full/full/0/default.jpg
• https://dl0.creation.com/articles/p139/c13996/fission-theory.jpg
• https://science4fun.info/wp-content/uploads/2022/02/Pacific-Ocean-Map.jpg
• https://www.astronomy.com/uploads/2021/09/LeadLunarOriginsCredit_NASAJPLCaltechT.Pyle_.jpg
• https://www.nasa.gov/wp-content/uploads/2022/10/lunar_formation.png?w=1920
• https://the-moon.us/images/0/04/Moon_Maria_800.jpg
• https://scx2.b-cdn.net/gfx/news/2016/lateheavybom.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/03/Mare_Imbrium_%28LRO%29.png
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/14/Mare_Nectaris_AS08-18-2850.jpg/1920px-Mare_Nectaris_AS08-18-2850.jpg
• https://cdn.sci.news/images/enlarge6/image_7213e-Moon.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f6/Lunar_crater_Daedalus.jpg
• https://science.nasa.gov/wp-content/uploads/2023/08/SPA.jpg
• https://assets.nautil.us/3388_621fbd17da27241c58015eabe4164a52.png