Cikkek

Magunkról

Publikációink

Kurzusok

KIADVÁNYAINK

DVD | Videó | Hang

Oktatási segédanyagok

Térképek

Magyar kutatás
HungaroMars2008


Hunveyor, Husar
Gyakorló űrszondák


BESZÁMOLÓK
MTA-JSPS beszámoló

ADATBÁZISOK
Io hegyei adatbázis

Marsi klímadiagramok adatbázis

Tanárképzés | Szótárak

Extrák
Nyomtatható verzió

Az Apolló expedíciók kutatási eredményei a Holdról

Az Apolló expedíciók kutatási eredményei a Holdról

Bérczi Szaniszló, egyetemi docens,
Kozmikus Anyagokat Vizsgáló Űrkutató Csoport, ELTE TTK

 1968 februárjában szállt le símán a Holdra a NASA utolsó Surveyor típusú űrszondája, s decemberben már az Apolló 8 űrhajósai tanulmányozták hold körüli pályáról égi kísérőnket. Az 1968-as esztendő eseményei már sejteni engedték a rákövetkező 4 év eredményeit. A Holdról gyűjtött mérési anyag és főleg a kőzetminták máig munkát adnak a planetáris geológia és a kozmopetrográfia kutatóinak. Jómagam akkor érettségiztem, s életemre nagy hatást gyakorolt 1968-nak e két sorsdöntő eseménye.
 A Surveyor 7 a Tycho kráter sziklás lejtőjén szállt le, távol a holdi egyenlítőtől. E nehezebb megközelíthetőségű tájra merészkedés is mutatta, hogy az emberrel történő holdraszállás előtt az utolsó robottal már a legkockázatosabb feltételeket is vállalhatták. Igen, a nagy űrverseny finisében robottal és emberrel egyaránt készülődtek a nagy feladatra, s csak ma, a Marson újra megjelenő nagy feladat vetette föl a robottal vagy emberrel dilemmát.
 Miért olyan rendkívüli jelentőségűek  ma is az Apolló expedíciók. Azon kívül, hogy az űrtenger-hajózásban a kolombuszi utazásokat jelentették, a helyszíni anyagvizsgálat és anyaggyűjtés szempontjából döntő előrelépés volt ez a 6 holdutazás. Addig csak a meteoritek voltak idegen égitestről származó, de kézbe is vehető anyagaink. Az Apolló expedíciók óta űrtechnológiákkal ideszállítottak is vannak. (Volt még három űrszonda szállítású gyűjtés is: a Luna 16, -20, -24.)
 Hangsúlyozzuk, nem csak az anyagminták jelentettek forradalmi lépést a kutatásban, hanem a másik égitest felszínén végzett mérések is. (A szeizmikus, elektromágneses vezetőképesség és talajvizsgálatok, stb.) A kihelyezett és ott hagyott műszerek még hosszú ideig továbbították a Földre későbbi események jelzéseit is. Vegyük most sorra a legfontosabb anyagvizsgálatokat és holdi műszeres kisérleteket, de úgy, hogy a máig nyúló tanulságokat vegyítsük az elvégezhető tennivalók bemutatásával is.

ÁSVÁNYTAN, KŐZETTAN, GEOKÉMIA
 A Hold felszínén található kőzetek két fontos okból is mások, mint a földiek. Először azért, mert más volt a Holdnak a belső története, amely a kőzeteket "kitermelte". Másodszor azért, mert mások a holdi felszíni viszonyok, melyek a kőzeteket átalakítják. Mindkettőről kicsit részletesebben is tájékozódunk.
 Ha Földünket madártávlatból szemléljük, s gondolatban lehántjuk az óceáni vízréteget, két fontos kőzettípust azonosíthatunk a felszínen: a tengerfenék bazaltjait és a kontinensek gránitos átlagösszetételéhez kapcsolódva megjelenő felszíni üledékeket. Ugyanezzel a felbontó képességgel nézzük esténként a Holdat is, és azon is sötét (ma már tudjuk bazaltos) "tengereket" és világos (ma már tudjuk: anortozitos) felföldeket látunk. Rögtön észleljük: a két égitesten "közös" kőzettartomány a bazaltos.
 Nemcsak a kőzet-színképek vizsgálata, hanem a magmás kőzettan is megtanított bennünket arra, hogy a kőzetbolygók kőzetei között a "közös nevező" a bazalt. Bár a holdi tengerek sőtét színéből sokan sejtették, hogy a síkságokat lényegében bazaltos kőzet alkotja, biztosak ebben először a Surveyorok mérések után lehettünk, amit azután Apolló kőzetminták részleteztek, de megerősítettek.

 Ennek igazi okára a földi kutatásban is csak a 60-as években találtak: a földi felszínre ömlött bazaltok parciális olvadékai a földi köpenynek. A köpeny összetétele viszont lényegében kondritos, azzal a különbséggel, hogy belőle a vas kiolvadt és a magban gyűlt össze. A kondritos anyag a Naprendszer ősi, meteoritekben még ma is megőrződött anyaga. Sokmindenben közös, hasonló összetételű, ezért minden bolygótesten, így a Holdon is megtalálható a kondritos köpeny, s még néhányszáz kilométeres kisbolygókon is létre tudott jönni belőle, kiolvadással, a bazalt. Ilyen kisbolygó például a Vesta. Ilyen és másféle bazaltos meteoritokat a holdkőzetek előtt is ismertünk. Néhányukról például kimutatták, hogy - naprendszeri időben tekintve - fiatalok. Ezekről feltételezték, később igazolták, hogy a Marsról származnak. Csak a Holdról nem volt még anyagunk, s a meteoritek között sem tudtunk addig holdkőzetet azonosítani, míg magukat az eredeti holdkőzeteket nem tanulmányoztuk.

NASA HOLDKŐZET VÉKONYCSISZOLATOK MAGYARORSZÁGON
 Ma már, 1994 óta, a magyar egyetemisták is vizsgálhatnak holdkőzeteket. A NASA Johnson Űrközpontjában készítettek 20 db készletet, s ezek mindegyike 12 vékonycsiszolatot tartalmaz. Néhányról itt is bemutatunk felvételeket. A készleteket egyetemek kaphatják kölcsön. (Idén harmadszor jutott el hozzánk az ELTE-re a készlet.). Vizsgálatukkal keresztmetszetet kaphatunk a Hold kőzeteiről és segítségükkel fölvázolhatjuk még a Hold fejlődéstörténetét is.
 A NASA készletben négy minta képviseli a bazaltokat. Talán a legszebb a narancs színű talaj. Pikrites-bazaltos lávaszökőkút spriccelte széjjel a parányi olvadékcseppeket, melyek gyorsan üveggé dermedtek (74420), s így megőrizték a holdi köpeny olvadék-összetételét. Ezek a leggyorsabban lehült "bazaltok".
 Ásványok nyalábjai figyelhetők meg egy másik, szintén gyorsan lehült olvadék kristályos anyagában (12002). (Ilyen tűs kristályok keletkeznek akkor is, amikor a Tapolcai Bazaltgyapot Gyárban forgó hengerekre csorgatják vékony sugárban a megolvasztott diszeli bazaltot). A holdi piroxén-tűkristályok körbeveszik a korábban a mélyben már megnőtt és a magma által fölhozott olivin-kristályokat s így alakítják ki a porfiros szövetet.
 A harmadik bazalt (70017) a mi szarvaskői (DNY. bükki) gabbrónk rokona, mert nagy a titántartalma. Ettől sok benne a fekete ilmenit kristály. Néha előfordul benne a holdon fölfedezett vas-titán oxid ásvány, az armalcolit is. A negyedikben a késői nagy szemcsékbe ágyazottan láthatók a korábban kivált és szép, saját alakkal rendelkező kristályok (12005). Ilyen sorozatot földi bazaltokból is összeállíthatunk, de azok nem ilyen üdék, frissek, pedig a holdi minták 3,2-3,8 milliárd éves kőzetekből készültek.
 Amit még bemutatunk a holdkőzetekből, az a híres holdi anortozit, a felföldek anyaga. Szinte kizárólag csak földpát kristályokból áll, s valamikor szép nagy szemcsék alkották, melyek már a sok ütközéstől, becsapódástól, rengéstől összetöredeztek (60025). Még tördeltebb ásványvilág szökik a szemünkbe a breccsákat megfigyelve a mikroszkópban. A becsapódás "malma" őrli, a forgószele teríti, s a forrósága összesüti a törmeléket. A breccsák némelyike sokszor átesett ezen a tortúrán, ezért alakulhatott ki a "breccsa-a-breccsában" szövete (14305).
 Holdi kőzettan órákon már több száz tanuló vett részt, s a magyar Űrtáborok "diák-űrhajósai" is láthatták őket. Számukra a holdkutatásnak ez a formája kézzelfogható élménnyé vált. Más eredmények távolabbiak, teoretikusabbak. A becsapódások vizsgálatára szeizmikus mérőállomásokat állítottak föl az űrhajósok, s azok azóta számos kisebb nagyobb holdi rengést jelentettek. Kráterformáló nagy ütközést azonban legutojára az angol ferencesek észleltek a Centerbury Kolostorban, 1178-ban. Carl sagan ötlete volt, hogy az akkori becsapódás, mint egy nagy harangot a nyelve ütése, a Holdat még most is halk rengésben tartja. A Holdra tett lézertükörrel sikerült is kimérni ezt a gyenge lengést. Nálunk is vetített Kozmosz sorozatában erről maga Sagan számolt be.

SURVEYOR, HUNVEYOR, TEVÉKENY ŰRKUTATÁS ITTHON IS
 A felszín anyagát, a holdi talajt, sokféle műszerrel vizsgálták az űrhajósok. Azt, hogy ilyen vizsgálatokból is lehet diákcsemege, azt a mi ifjúsági űrkutató csoportunk is szeretné közreadni. A talaj hőmérsékletének, elektromos vezetőképességének mérését, egy fúrást a talaj anyagába, s onnan minta kivételét, árok ásását s még néhány egyszerű kisérletet mi megterveztünk és néhány kisérletet már el is készítettünk az ELTE szép új lágymányos épületében. A Hunveyor gyakorló űrszondával dolgozunk, s azzal ünnepeljük az emberiség holdraszállását, hogy mi is tevékeny, kisérletépítő űrkutatásban gondolkozunk. A Surveyor 1/3-ados méretű változatát építjük, s ezt neveztük el Hunveyornak (Hungarian University Surveyor).
 Hallgatóink számára más munka is megvalósult már a tevékeny űrkutatásból. Hargitai Henrik V. éves geográfus hallgatónk a 1998-ban a NASA houstoni űrközpontjában volt nyári gyakorlaton. Az Io hegyeit tanulmányozta Paul Schenk NASA kutatóval. Az a munka, ami a Hold geológiai föltérképezésével kezdődött a 60-as évek elején, ma a Jupiter holdjainak térképezésénél tart. Bárki bekapcsolódhat. Jómagam a 60-as években nagy élvezettel gyűjtöttem a hold geológiai térképeit, melyekből már akkor is szobányi területet lehetett lefedni. A US Geological Survey-nél külön térképek készültek az egyes leszállási helyekről. Ilyen geológiai holdtérképeken tudjuk legszemléletesebben összefoglalni mindazt, amit az Apolló expedíciók jóvoltából a Holdról megismertünk.

PLANETOLÓGIA, HOLDTÉRKÉPEK, FELSZÍNTÖRTÉNET
 A geológiai térképeken a kőzettestek a "főszereplők". Azokat a kőzettesteket ábrázolják, szép színes formában, amelyek a felszínre nyúlnak. Térképezik a felszínen megfigyelhető formákat és arra törekszenek, hogy azokat még a felszín alá nyúlásukban és nyomon kövessék. A kőzettest rétegekből rétegtani (sztratigráfiai) egységeket, sorozatokat állítanak össze.
 A földi rétegtan alapelveit követve térképezték föl a Holdat is. A legfiatalabb rétegek vannak legfölül, s az egyre idősebbek rendre lejjebb sorakoznak. (Steno 330 éve megjelent cikkében fogalmazta meg először ezt a rétegtani alaptörvényt.) A település sorrendjéről a rétegek átfedési viszonyai tudósítanak, de a távolabb eső, egymásra nem nyúló rétegeket is össze kell hasonlítani. Ilyenkor kráter-statisztikát, vagy más módszert is igénybe vesznek, hogy a rétegek oldalirányú folytonosságát bizonyitsák.
 A holdon a legfiatalabbak a sugársávos kráterek (Kopernikuszi emelet), ezeket követik lejjebb a még mindig fiatalosan tagolt, de sugársáv nélküli kráterek (Eratoszthenészi emelet). Mindkettő foltnyi réteg csak, bár a Tycho vagy a Kopernikusz kráter sávjai messzire nyúlnak, különösen telihold idején láthatjuk ezt. A foltnyi rétegek alatt nagy kiterjedésű két réteg következik: az Imbrium medence rétege (Imbriumi emelet), és a Nektár medence rétege (Nektári emelet). Legalul fekszik a krátermezőkkel borított terravidékek (pre-Nektári) emelete.
 Ezt a relatív sor az, amit "az óránkhoz igazított" a hozott holdkőzeteken elvégzett abszolut kormeghatározás. Míg a földi korokat csak legfeljebb 100 millió évekkel mérjük (ezeket középiskolás tanulmányaink során a bennük lévő fossziliákkal is, és abszolut korukkal is megismerhetjük, s ez a ca. 600 millió éves paleo-, mezo- és kaino-zoikum emeltsorozat), addig a holdi korokhoz milliárd éveket emlegetünk. Leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy minden ott a Holdon tízszer olyan idős, mint a párja a Földön.
 Ez persze túlzott egyszerűsítés, mert a Földön is előfordulnak 3.8 millirád éves kőzetek, mégis, ezek ritkák. Ha az óceáni bazaltok többségükben néhány 100 millió évesek, a holdi bazaltok tizszer ilyen idősek, s ahogy már láttuk a kőzetmintáknál, koruk 3,2 és 3,8 milliárd év között változik. A holdi terrák anortozija még idősebb, eléri némelyik a 4,2 millirád évet is. A breccsák a legfiatalabbak, s van közöttük néhány 100 millió éves is. Ez a kormeghatározás az, amit nem lehet távolból elvégezni.
 Azokkal a kőzetmintákkal, amelyeket a térképezésből már ismert geológiai környezetből gyűjtöttek, rekonstruálni lehetett a Hold fejlődéstörténetét is. A holdi terrák anortozitjai és a bennük mért ritka földfémek eloszlása különös és fontos eseményt bizonyított. Egykor a Hold külső rétegei megolvadtak s 4,4 milliárd évvel ezelőtt hatalmas magmaóceán borította a Holdat. A magmaóceán lehülése során a plagioklász földpát (CaAl2Si2O8) az olvaékzóna tetején gyűlt össze s létrehozta a világos színű felföldek anortozitját. A nagyobb sűrűségű ásványok az olvadékzóna aljára sűllyedtek. Ez a differenciálódás hosszú ideig tartott. A vastagodó holdi kéregre történtek a nagy körkörös medencéket létrehozó becsapódások, melyek feltördelték a holdi kérget. A töréseken át bazaltos láva szivárgott a felszínre és közel egy milliárd éven át működő vulkáni tevékenységgel feltöltötte a medencéket. A bazaltok a hold köpenyéből származnak. Némelyik közülük titánban igen gazdag, mint például az Apolló 11 leszállási helyéről gyűjtöttek is.
 A bazaltos vulkanizmus csendesedésével a nagy felszínformáló események elültek. Az egyre vastagodó holdi kéregre egyre kevesebb becsapódás történt. A folyamatos kráterbombázás a talajt állandóan őrli és süti össze breccsákká.  A NASA holdi vékonycsiszolat gyűjteménye több változatukat is bemutatja. A  breccsa a breccsában szövet mellett a talaj anyagából összesült breccsát is tartalmaz. Ebben parányi üveggyöngyök is találhatók, amelyek a narancs színű talaj gömböcskéitől eltérően becsapódáskor megolvadt anyagból keletkeztek. Hasonló becsapódási szferulák a Földön is előfordulnak. Főleg a nagy korszakhatárokkal egybeeső becsapódások rétegeiben találhatók. Erre a jelenségre, hogy szferulákkal is lehet nagy rétegeket azonosítani, szintén a holdi anyagok vizsgálata hívta föl a figyelmet. Csakúgy, mint a külső rétegek kezdeti megolvadására, a Földön is, a holdi anortozitos kéreg keletkezésének fölismerése után gondoltak először.

APOLLÓ TALAJOK HÁROM ÖSSZETEVŐBŐL
 Az Apolló expedíciók kutatási eredményeire építve a NASA 1970-ben szervezte meg először, s azóta minden év március harmadik hetében megtartja Holdi és Planetáris Tudományok Konferenciáját Houstonban. (Magyarország az idei, 30. LPSC konferencián 12 közleménnyel szerepel.) Egy frappáns mindenki számára érthető szép eredménnyel zárjuk megemlékező cikkünket az Apolló holdkutatásról. Már láttuk, hogy a fotogeológia két nagy kőzettartományt térképezett a Holdon. Leegyszerűsítva a mare bazaltokat és a felföldi anortozitokat. Az Apolló leszállási helyek breccsáinak vizsgálatai, valamint az azóta Hold köré állított Clementine és Lunar Prospector űrszondák sugárzásvizsgálatának eredményei azonban egy harmadik, ugyanennyire fontos komponens jelenlétét is kimutatták. Ez pedig a Káliumban, Ritka Föld-Fémekben és Phoszforban (KREEP) gazdag összetevő.  Ma az Apolló leszállási helyek anyagát e három összetevőből jól "ki lehet keverni". A geokémiai mérések azonban azt is kimutatták, hogy fémvas-nikkel-kobalt komponense is van a KREEP-anyagnak. Ezért egy hatalmas vas-összetevőjű meteorit becsapódásának tulajdonítják a KREEP anyag szétterítését a Holdon. Maga a KREEP pedig egy korai holdi forró pont (Korotev, 1998) differenciálódási terméke lehet.
 A holdraszállás igazi tudományos eredményei fokozatosan beépülnek ismereteink közé. Részben mint földtudományi, ásvány-kőzettani eredmények (új ásványok: armalcolit, tranquillityit, pyroxferroit), égitest-történeti (réteg-korok, bazaltok abszolut kora 3,1-3,9 milliárd év, a holdi kéreg keletkezése 4,4 milliárd év), hold-szeizmikai (holdrengések) és mélyszerkezeti (parciálisan megolvadt tartomány 1000 km mélyen lehet már) eredmények. A Hold keletkezésének legvalószínűbb elméletét is az Apolló expediciók által elhozott holdkőzetek vizsgálata segítette életre 1984-ben (de erről az É. és T. már írt.) Az ember részvételével szerzett élettani eredmények egy külön írásban láttak sorozatunkban napvilágot.
 Az idő múlásával a korszak emberiség léptékű úttörő jellege őrződik meg leginkább. Egy újságcikk 1989-ben azt irta: Firenzében a Duomo kupolájának megépítése volt a reneszánsz Apolló programja. Brunellesci kupolája azóta is koronázza a városképet. A huszadik század tudományát is igy koronázzák majd az utókor szemében az Apolló expedíciók holdraszállásai.

Almár I. (főszer.) 1985: Űrhajózási Lexikon. Zrinyi K. Budapest
Bérczi Sz. 1991: Kristályoktól bolygótestekig. Akadémiai Kiadó, Budapest
Korotev R. 1999: Lunar Terranes, the Composition of the Regolith. LPSC99, #1302.
Meyer C. 1987: Holdkőzetek. NASA Cur. B.P.No.76. (ELTE, 1994)
Wilhelms D. 1987: The Geologic History of the Moon. USGS-PP-1348. Washington
 

(c) Bérczi Szaniszló
2001.04.