Månens opprinnelse, utvikling og sammensetning

Presentasjon om: "Månens opprinnelse, utvikling og sammensetning"— Utskrift av presentasjonen:

1 Månens opprinnelse, utvikling og sammensetning
Prøveforelesning 19. desember 2006 Camilla Sætre

2 Litt fakta om månen Diameter (ekvator): 3.476 km (ca 0,3 av jordens)
Volum: 2,1958×1010 km³ (0,020 av jordens) Masse: 7,3477×1022 kg (0,0123 av jordens) Gravitasjon: 1,6 m/s2 (ca 1/6 av jordens) Unnslippingshastighet: 2,38 km/s Rotasjonsperiode = 27,3 dager = omløpsperioden → månen har alltid samme side mot jorden Nærmest jorden: km; Lengst unna: km Albedo: 0,07 Overflatetemperatur ekvator: minimum -170oC maksimum +123oC (kaldeste temperatur på månen -233oC)

3 Månens opprinnelse Tidligere var det flere teorier om hvordan månen bli til: Sammenskapelsesteorien: Månen ble dannet sammen med jorden i solsystemets begynnelse. Fisjonsteorien: Jorden hadde opprinnelig et så kraftig spinn at en stor bit ble kastet av – og at den biten ble månen. Kapringsteorien: Månen var et objekt dannet et annet sted i solsystemet, og ble fanget inn i jordens gravitasjonsfelt. Først var det flere teorier om hvordan månen ble til: Sammenskapelsesteorien: At den ble dannet på samme måte som jorden i solsystemets begynnelse, like i nærheten av hverandre. Denne teorien forklarer ikke hvorfor månen har færre tunge elementer (som jern) enn jorden, og hvorfor det finnes steiner på månen som ikke er blitt funnet på jorden. (Schmidt, 1959) Fisjonsteorien: At prototype-jorden hadde så kraftig spinn at en stor bit ble kastet av – og at denne biten ble månen. ”Såret” som var igjen på jorden, var da muligens stillehavet. Denne teorien forklarer ikke hvorfor månen ikke har noen rester av vann. (Darwin 1879) Kapringsteorien: At månen var et objekt dannet et annet sted i solsystemet, og som ble fanget inn i jordens gravitasjonsfelt, og har blitt der siden. Men nå er det ganske vanskelig for en planet på størrelse med jorden å fange inn et objekt så stor som månen. De kjemiske likhetstrekkene mellom månen og jorden var også for tydelige til at det var trolig at månen skulle ha blitt dannet i en annen del av solsystemet. (Gerstenkorn, 1955) (Referansene er gitt i Lunar Sourcebook)

4 Great-impact teorien Teori basert på steinprøver fra månen.
4,5 milliarder år siden Teori basert på steinprøver fra månen. Asteroide → eksplosjon → flyktige stoffer fordampet mens resten gikk i bane om jorden og samlet seg etter hvert og dannet månen. Kollisjonen → 10 % økning av jordens masse & jordens skjeve rotasjonsakse (?) Kollisjon-utslyngningsteorien: Den teorien som er rådende nå – baserer seg på stein- og sandprøver fra månen. Disse viste at det var noen veldig tydelige kjemiske likhetstrekk mellom jorden og månen, men samtidig ting som var vidt forskjellig (månesteinene var helt tørre – det ble ikke funnet noe spor etter vannmolekyler). Den nye teorien for dannelsen av månen er at i solsystemets begynnelse, når det var mange planeter, var det også kamp om plassen. En asteroide på størrelse med Mars, krasjet inn i jorden og forårsaket en eksplosjon der brennende masse fra jordoverflaten ble slynget ut i baner rundt jorden. I denne prosessen vil alt vann fordampe vekk. Massen samlet seg etter hvert og dannet månen, i bane rundt jorden. Mesteparten av de sprengte massene ville gå i bane nær ekliptikkplanet, så lenge banen for den innkommende asteroiden hadde vært nær det planet. En kollisjon med en så stor asteroide kan i tillegg ha forårsaket den skjeve rotasjonsaksen til jorden. Teorien var framsatt av Hartmann i 1980-årene. Fra steinprøver ser det ut til at dette skjedde 4,5 milliarder år siden (i løpet av de første 100 millioner årene til jorden). (Hartmann and Dadvis, 1975; Cameron and Ward, 1976) Animasjon fra ESA-web

5 Månens utvikling (1) Månen har skorpe, mantel og kjerne (som jorden).
Endringer etter voldsomme meteornedslag og smeltning, etterfulgt av minst 1 milliard år med vulkanaktivitet. Kunnskapen vi har om månen er hovedsaklig fra: Stein og jordsmonnsprøver (Apollo og Luna) Meteoritter fra månen (10 stk funnet på Antarktis) Fjernmålinger (bakke og satellitt) Planlagte målinger: Fjernmåling fra satellitt Seismiske målinger og målinger av varmetransport for å få mer kunnskap om månens indre Før satellittekspedisjonene som startet på slutten av 60-tallet, visste man ikke om månen var et primitivt legeme som en meteoritt. Nå vet vi at månen har en skorpe, en mantel og en kjerne, og at den har forandret seg betydelig etter at den ble dannet for over 4,5 milliarder år siden. Månen hadde en voldsom start i en halv milliarder år, med nedslag og smelting, etterfulgt av minst en milliard år med vulkanaktivitet. Apollo og Luna ferdene ga oss svaret på mange spørsmål, men innsamlingen var naturlig nok fra en ganske liten del av måneoverflaten. En annen kilde for måneprøver er meteoritter (10 stk siden 1979) som kommer fra månen samlet i Antarktis av amerikanske og japanske ekspedisjoner. Prosjektene som er planlagt framover er mye basert på fjernmåling fra månesatellitter for økt kunnskap om sammensetningen av måneoverflaten. Det vil også være eksperimenter som skal studere månens indre. For å virkelig forstå månens opprinnelse er det nødvendig med kunnskap om månens varmetransport, manteltykkelse og seismisk hastighetsstruktur, og hvorvidt månens kjerne er av metall. I månens indre vil man vite mer om de kjemiske radioaktive elementene som er varmeproduserende, de tungtsmeltelige og de flyktige elementene, og mengden elementer som kan blandes med jern. Det vil også være interessant å vite magnesium/jern forholdet, til sammenlikning med forholdet på jorden. Kjemiske prøver fra overflaten relateres til lagdelingen av månen ved geofysisk analyse for hvilket dybdeområde de ulike mineralene/steinene antakelig har blitt dannet.

6 Månens utvikling (2) Den historiske evolusjonen av nærsiden av månen (Wilhelms & Davis, 1971) a) b) c) Før ca 3,9 milliarder år siden; Mange kratre etter en voldsom periode med mange meteoritter. Noen små tilfeller av vulkanaktivitet. 3,9-2,9 milliarder år siden; Færre meteorer, og de store kratrene på nærsiden av jorden ble oversvømt av mare basalter. Fra ca. 3 milliarder år siden til i dag; Lite vulkanaktivitet, og de terrengformende prosessene var mest sporadiske meteorittnedslag. Utviklingen av månen (figur fra Wilhelms and Davis, 1971, den historiske evolusjonen av nærsiden av månen.): - Venstre: før ca. 3.9 milliarder år siden – Mange kratre etter nedslag (voldsom periode), og noen små tilfeller (sorte flekker) av mare vulkanaktivitet eller smelting etter sterke nedslag. - Midten: milliarder år siden – Færre nedslag, og de store kratrene på nærsiden av jorden ble oversvømt av mare basalter. - Høyre: fra ca 3 milliarder år siden til i dag – Lite vulkanaktivitet på månen, og de terrengformende prosessene var mest kontrollert av sporadiske meteorittnedslag.

7 Månens sammensetning Månens sammensetning er kjent fra steinprøver og fra fjernmålinger. Det synligste beviset for kjemisk segregering på månen er de to veldig forskjellige terrengene på månen; høylandene (terrae) og sjøene (maria) Det er tre hovedmaterialer i månens overflate: regolitt, maria og terrae Disse er bygget opp på forskjellige måter fra grunnstoffene vist i diagrammet her: Månens sammensetning er blitt kjent fra prøver hentet under Apollo og Luna ekspedisjonene (i alt 382kg), og fra fjernmålinger fra forskjellige satellitteksperimenter. (Ground truth – den detaljerte kunnskapen vi har om månen, fra stein- og jordsmonnprøvene fra Apollo og Luna ekspedisjonene.) Det mest synlige beviset for kjemisk segregering på månen er de to veldig forskjellige terrengene på månen, høylandene og sjøene. Tre hovedmaterialer i månens overflate; maria, terrae, og regolitt

8 Månens sammensetning Regolitt
Mikrometeoritter → pulverisert steinene på måneoverflaten Regolitt består av enkle mineralkorn, steinfragmenter og glass. Regolittykkelse: m i sjøene over 15 m i høylandet Måneoverflaten er direkte eksponert for solvinden → solvindspartikler fester seg til sandkornene. Ved større meteornedslag kan regolittsanden komprimeres til stein. Denne regolittfossilen vil inneholde kjemiske og isotopiske egenskaper til solvinden fra perioden da steinen ble dannet. Regolitt Mikrometeoritter har bombardert måneoverflaten og pulverisert steinene til en svært finkornet sand kalt regolitt. Dette består av enkle mineralkorn, steinfragmenter og kombinasjoner av disse som har blitt bundet sammen av glass dannet under meteorittnedslag. Siden månen ikke har atmosfære, eller magnetfelt av noe betydning, er månestøvet direkte eksponert for den energetiske solvinden. Disse gassene som blåser ut fra solen kan faktisk feste seg til regolittkornene. Laget med regolitt varierer i tykkelse avhengig av alderen på grunnfjellet under og av hyppigheten av meteorittnedslag i området. Regolitt i maria-områdene er 2-8m tykt, mens i høylandet kan tykkelsen være over 15m. Sammensetningen i regolitt er ganske likt det underliggende steinlaget, men det kan også inneholde andre elementer som kan ha blitt slengt dit etter større nedslag andre steder (heller et unntak). Ved større nedslag kan regolittsanden komprimeres til en stein (regolitt breccia). Denne regolittfossilen vil inneholde den opprinnelige sammensetningen av sanden, også med tanke på kjemiske og isotopiske egenskaper i solvinden i tiden da steinen ble dannet.

9 Maria (latin for sjøer)
Stillhetens hav Månens sammensetning Maria (latin for sjøer) Sjøene på månen er vulkaniske, med basaltsteiner rike på jern og magnesium. Mye jern → mørk farge Sjøene er ca 100 km tykke, og veldig massive. 31 % av månens framside er dekket av mørke sjøer. Kun 2 % av baksiden er sjøer. Maria Maria er vulkanisk, og maresteinene er basalter rike på jern og magnesium. Forside Bakside

10 Fortsettelse Maria... Basalt
Stein fra Arizona med pyroksen (svart) og olivin (grønn) Består av de vanlige silikatene pyroksen og plagioklas, noen tilleggsmineraler og olivin Månebasaltene uten vann eller noen form for hydrert mineral, og inneholder generelt få flyktige elementer Noen basalter inneholder mye titan → oransjefarget sand Opprinnelse langt inne i månen; radioaktive isotoper → smeltet stein meteornedslag → sprekker i måneskorpen → smeltet magma steg til overflaten og bredte seg utover i kratrene Maria Basaltene har en finkornet eller jevn glasskrystall struktur, som tyder på at de kjøltes ned raskt. Basalt er ganske vanlig her på jorden også, og består mest av de vanlige silikatene pyroksen og plagioclase, ulike tilleggsmineraler, og noen ganger olivin. Månebasaltene, derimot, er helt uten vann eller noe form for hydrert mineral, og inneholder generelt få flyktige elementer. Noen av mare basaltene har betydelige mengder titan, noen ganger ca 10 ganger mer enn hva som typisk finnes i tilsvarende steiner på jorden. Mare basaltene har opprinnelse hundrevis av kilometer inni månen, hvor varmen fra radioaktive isotoper som brytes ned lager soner av delvis smeltet stein. I områdene hvor de store nedslagene lagde sprekker i måneskorpen, steg smeltet magma til overflaten og la seg utover bunnen av kratrene. Maria er i gjennomsnitt bare noen hundre meter tykke, og ofte tykkest nær sentrum av krateret. De er svært massive, og kan deformere skorpen under seg og lage rynkete høydedrag rundt kanten av krateret. Den vulkanske oransje sanden (egentlig glass), funnet under Apollo 17 ekspedisjonen, er som på jorden størknede dråper av lava fra vulkanutbrudd. Den oransje fargen skyldes et høyt innhold av titan (over 9 %). Sandprøvene fra Apollo 17 hadde også spor av vulkaniske elementer som sink, bly, svovel og klor. Sandprøve fra Apollo 17

11 Månens sammensetning Terrae Det lyse høylandet
De eldste steinprøvene – 4-3,8 milliarder år gamle Mange sammensmeltede steintyper og finkornet krystallisert stein Høy forekomst plagioklas feltspat – rik på kalsium og aluminium → Teori om at månen har vært helt eller delvis smeltet, og at de lette mineralene og krystallene fløt oppå sjøer av magma. Andre bergarter: magnesiumrike steiner KREEP steiner – Kalium, grunnstoffer sjeldne på jorden, og fosfor (også tilfeller av uran og thorium) Høylandet på månen har kun fragmenter av den opprinnelige måneskorpen. Det meste av steinprøvene fra terrae områdene bestod av ulike steiner smeltet sammen under kraftige nedslag. Høylandsprøvene bestod også av finkornet krystallisert stein med en rekke sammensetninger, som var resultat av nedslag så kraftige at massene smeltet helt og dannet helt nye steiner som også inneholder elementer fra meteorittene. Nesten alle steintypene fra høylandet tyder på å være dannet rundt samme tid (4-3,8 Ga). Dette er et ganske kort tidsintervall geologisk sett, og det er et av de gjenstående spørsmålene om månens sammensetning. Økte hyppigheten av meteorittstormer denne tiden, eller markerer det kun slutten av en intens og kontinuerlig bombardering som startet 4,6 Ga da månen ble dannet? Apollo eksperimentene returnerte også med noen små hvite steiner bestående av plagioclase feltspat (bergartdannende mineraler) rik på kalsium og aluminium, men uten tyngre metaller som jern. Det er denne mineraltypen som mesteparten av måneskorpen består av, og antyder at en gang hadde mye av månens ytre, og kanskje hele månen, vært smeltet. I høylandet fant astronautene også større krystaller, som hadde kjølnet ned og stivnet sakte inni månen anortositt – rik på Ca og Al, og sammensatt av hovedsakelig mineralet plagioclase feltspat. En annen steintype (Mg-serie) er en type bestående av bl.a. plagioclase feltspat, olivin, pyroksen med lite kalsium, og betydelige mengder magnesium. Minst to typer magma må ha vært involvert i prosessene for dannelse av disse to steintypene. En annen steintype i høylandet er (på engelsk) KREEP steiner, som inneholder kalium (K), elementer sjeldne på jorden (Rear Earth Elements) og fosfor (P). Det kan også forekomme relativt høye konsentrasjoner av uran og thorium, som er varmeproduserende elementer, og KREEP steinene er viktig for forståelsen av månens termiske historie. Forekomsten av denne typen stein antyder en betydelig kjemisk separasjon inni månen. Betydelige analytiske studier, laboratorieeksperimenter og teoretiske modeller har prøvd å forklare hvordan de ulike steinene på månen ble dannet og hvordan de er forbundet med hverandre. Høylandet består altså av mye kalsiumrike mineraler, som er ganske lette. Dette gav opphav til en teori om at måneskorpen ble dannet ved at disse lette krystallene fløt oppå et hav av magma som var kanskje 400km dypt. Mare områdene kom til etter hvert som meteornedslag slo hull på anortositt-skorpen, og magma fløt til overflaten. Siden analyse av målinger og prøver viser at høylandet består av ca 75 % plagioklas, antyder det at en global prosess samlet det. At det fløt oppå store magmasystemer er mest sannsynlig. Uforenelige elementer, som ikke trengs for å danne vanlige mineraler for dannelse av steiner, endte opp i konsentrerte former i de siste restene av flytende magma. Dette kan ha vært kilden for KREEP steinene. Disse steinene har ganske like forhold mellom de felles elementene, som tilsier at de antakelig stammer fra samme kilde – som en rest av en magmasjø. Anortositt: inneholder >90% plagioklas feltspat

12 Strekke seg etter månen...
Galileos tegning av månen for ca 400 år siden Månen er jordens eneste naturlige satellitt og er opphav til beundring, myter og nysgjerrighet. Mennesker har i alle år observert månen fra jorden, men fra slutten av 50-tallet har vi også sendt opp sonder for å studere den. Oppskytingen av Luna 1 i 1959

13 Tidslinje: 1959 Luna 1 (USSR) - Jan 2 Pioneer 4 (USA) - Mar 3
Luna 2 (USSR) - Sep 12 Luna 3 (USSR) - Oct 4  1961 Ranger 1 (USA) - Aug 23 Ranger 2 (USA) - Nov 18 1962 Ranger 3 (USA) - Jan 26 Ranger 4 (USA) - Apr 23 Ranger 5 (USA) - Oct 18 1963 Luna 4 (USSR) - Apr 2 1964 Ranger 6 (USA) - Jan 30 Ranger 7 (USA) - Jul 28 1965 Ranger 8 (USA) - Feb 17 Ranger 9 (USA) - Mar 21 Luna 5 (USSR) - May 9 Luna 6 (USSR) - Jun 8 Zond 3 (USSR) - Jul 18 Luna 7 (USSR) - Oct 4 Luna 8 (USSR) - Dec 3 1966 Luna 9 (USSR) - Jan 31 Luna 10 (USSR) - Mar 31 Surveyor 1 (USA) - May 30 Lunar Orbiter 1 (USA) - Aug 10 Luna 11 (USSR) - Aug 24 Luna 12 (USSR) - Oct 22 (1966) Lunar Orbiter 2 (USA) Luna 13 (USSR) - Dec 21 1967 Lunar Orbiter 3 (USA) - Feb 4 Surveyor 3 (USA) - Apr 17 Lunar Orbiter 4 (USA) - May 8 Lunar Orbiter 5 (USA) - Aug 1 Surveyor 5 (USA) - Sep 8 Surveyor 6 (USA) - Nov 7 1968 Surveyor 7 (USA) - Jan 7 Luna 14 (USSR) - Apr 7 Zond 5 (USSR) - Sep 15 Zond 6 (USSR) - Nov 10 Apollo 8 (USA) - Dec 21 1969 Apollo 10 (USA) - May 18 Luna 15 (USSR) - Jul 13 Apollo 11 (USA) - Jul 16 Zond 7 (USSR) - Aug 7 Apollo 12 (USA) - Nov 14 1970 Apollo 13 (USA) - Apr 11 Luna 16 (USSR) - Sep 12 Zond 8 (USSR) - Oct 20 Luna 17 (USSR) - Nov 10 1971 Apollo 14 (USA) - Jan 31 Apollo 15 (USA) - Jul 26 Luna 18 (USSR) - Sep 2 Luna 19 (USSR) - Sep 28 1972 Luna 20 (USSR) - Feb 14 Apollo 16 (USA) - Apr 16 Apollo 17 (USA) - Dec 7 1973 Luna 21 (USSR) - Jan 8 1974 Luna 22 (USSR) - Jun 2 Luna 23 (USSR) - Oct 28 1976 Luna 24 (USSR) - Aug 14 1990 Galileo (USA) – 8 Des 1990 og 1992 Hiten (Japan) - 24 Jan 1994 Clementine (USA) - 25 Jan 1997 Lunar Prospector (USA) - 23 Nov AsiaSat 3/HGS-1 (China) - 24 Dec 2001 SMART 1 (European Space Agency) 2007 Lunar-A (Japan) Selene – (Japan) Chang’e1 (China) 2008 Chandrayaan (India) Lunar Reconnaissance Orbiter (USA) 20?? Moonrise (USA) Source: National Space Science Data Center Tidslinje for måneekspedisjonene – høydepunktene: Luna1 – Første sonde som fløy forbi månen. Pioneer 4 – Første amerikanske sonde som unnslapp jordens gravitasjonsfelt. Luna2 – Første sonde som krasjet på månen. Luna3 – Tok første bilde av baksiden av månen. Ranger4 – Første amerikanske sonde som nådde månen. Luna9 – Første som landet på månen. Zond5 – Returnerte fra månen. Apollo8 – Første mennesker i bane rundt månen. Apollo11 – Første mennesker på månen. *(pers. kommentar) De fleste eksperimentene ble utført på 60 og 70-tallet, av USA eller USSR. Økonomiske midler til analyse av innsamlet materiale ble ikke fulgt opp. Mye av publikasjonene fra den tiden er tekniske rapporter, statlige dokumenter, og spredte vitenskapelige artikler. Lunar sourcebook ble utgitt i 1991, og samler data og kunnskap om månen - før den nye æraen fra 1990, med nye måneeksperimenter.*

14 Ekspedisjoner til månen – fra 1959 til 1976
Luna og Zond (USSR) Det sovjetiske romprogrammet var først ute på en rekke områder. Luna og Zond ekspedisjonene bidro med bilder, kjemiske analyser og malmprøver av månen. Ranger (USA) Det første romprogrammet for USA rettet mot månen. Ranger ekspedisjonene bidro med bilder av månen. Lunar Orbiter (USA) Fotograferte 99% av månen med oppløsning på minst 60 m, for kartlegging før de planlagte Apollo landingene. Surveyor (USA) Landet på månen og undersøkte om terrenget på månen var trygt for bemannede landinger. Måneferder – 60 og 70 tallet Luna (USSR) Det sovjetiske romprogrammet var først ute ikke bare med satellitt rundt jorden (Sputnik 4. oktober 1957), men også med ekspedisjoner til månen. Luna 1 var første menneskelagde ting som fløy forbi månen, Luna 2 første som landet (krasjet) på månen, Luna 3 ga de første bildene av månens bakside (oktober 1959), Luna 9 det første romfartøyet som landet kontrollert på månen, Luna 10 første satellitt i bane rundt månen og som ga de første kjemiske målingene. Ranger (USA) Dette var det første prosjektet til USA for nærbilder av måneoverflaten. Romfartøyene skulle fly rett mot månen og sende hjem bilder helt til de krasjet i månen. Bildet rett før nedslag (Her fra Ranger 7 som landet i mare terreng) hadde en oppløsning på 0,5m. Zond (USSR) Zond var et andre sovjetiske romprogrammet. Zond 5 var første romfartøy som dro til månen og kom hjem igjen til jorden. Lunar Orbiter (USA) Programmet, med i alt fem romferder, hadde som mål å kartlegge måneoverflaten før Apollo landingene. 99 % av månen ble fotografert med en oppløsning på 60m eller bedre. Finn har bilder fra Lunar Orbiter – fra 1966. Surveyor (USA) Surveyor probene var de første amerikanske romfartøy som landet trygt på månen. Formålet med prosjektet var å ta nærbilder av måneoverflaten for å bestemme om terrenget var trygt for bemannede landinger, og de testet jordsmonnmekanikk og gjorde kjemiske analyser.

15 Ekspedisjoner til månen – bemannede romferder
Apollo (USA) USAs program for å sende mennesker til månen, og hjem igjen. Apolloene 8 og 10 gikk i bane rundt månen, med astronauter ombord, for testing av komponenter. Apolloene 11, 12, 14, 15, 16 og 17 brakte tolv astronauter til månen, og de tok med seg hjem nesten 400 kg stein. Eksperimentene dekket også jordsmonnmekanikk, meteorider, seismikk, varmestrøm, magnetfelt og solvind. Apollo (USA) (1963) Dette programmet var utviklet for å sende mennesker til månen, og hjem igjen. Apolloene 8 og 10 gikk i bane rundt månen og testet ulike komponenter og tok bilder. Apollo 8 hadde om bord de første menneskene som reiste i bane rundt månen. Da de var på baksiden av månen, hvor radiokontakt ikke var mulig, hadde aldri mennesker før dem vært så isolert. Apollo 11 brakte de første menneskene som gikk på månen. Ekspedisjonene Apollo 11, 12, 14, 15, 16 og 17, brakte tilbake i alt nesten 400kg med prøver. Eksperimentene dekket jordsmonnmekanikk, meteorider, seismikk, varmestrøm, magnetfelt og solvind. Steinprøver: USA: Apollo 11 – landet på Mare Tranquillitatis Apollo 12 – landet på Oceanus Procellarum Disse første ekspedisjonene bekreftet at sjøene var av vulkaniske og at de var eldre enn 3 milliarder år. Apollo 14 – landet i høylandet, nær krateret Fra Mauro Apollo 15 – første ekspedisjon med en rover, og det ble samlet prøver fra både sjø- og høylandsområde. Apollo 16 – landet i høylandet Apollo 17 – landet i område med både høyland og sjø. USSR: Luna 16 – Mare Fecunditatis Luna 24 – Mare Crisium Luna 20 – høylandet

16 Ekspedisjoner til månen – nyere år
Galileo (USA) Fløy forbi og fotograferte månen i 1990 og i 1992. Hagoromo/Hiten (Japan) Første månefarkost som ikke var fra USA eller Sovjet. Eksperimentet var hovedsaklig test av baneteknikker. Clementine (USA) Avbildet månen i forskjellige bølgelengder (også UV og IR), foretok høydemåling ved hjelp av laser og målinger av ladede partikler. Kartla mineralfordelingen og geografiske variasjoner av alderen på regolittlagene. Lunar Prospector (USA) – 1997 Gikk i lav polar bane, og kartla måneoverflaten med tanke på sammensetning og bekreftet funn av is på polene. Målte også magnet- og gravitasjonsfelt, og studerte gassutslipp fra månen. Måneferder – Nyere år Galileo (USA) Fløy forbi månen i desember 1990 og 1992, og tok bilder i ulike bølgelengder med høy oppløsning. Hagoromo/Hiten (Japan) Første måneeksperiment som ikke var fra USA eller Sovjet. Hiten gikk i bane rundt jorden. Hagoromo som var en sub-satellitt ble sluppet fra Hiten, og endte opp i bane rundt månen. Eksperimentet var først og fremst test av baneteknikker. Clementine (USA) – 1994 Eksperiment for romfartøytesting og observasjoner av månen og av en asteroide som er nær jorden (1620 Geographos). Observasjonene bestod i avbildning i forskjellige bølgelengder, også ultrafiolett og infrarød, laser høydemålinger og målinger av ladede partikler. Avbildningen av måneoverflaten ble gjort over en periode på ca to måneder, i to deler. Clementine målingene gjorde det mulig å identifisere og kartlegge fordelingen av pyroksen-, olivin- og plagioklasrike steiner, samt å kartlegge geografiske variasjoner av modenheten av regolittlagene på måneoverflaten. Lunar Prospector (USA) – 1997 Romskipet gikk i en lav (100km og 30km) polar bane om månen. Eksperimentet kartla måneoverflaten med tanke på sammensetning og mulige forekomster av is på polene, samt målinger av magnet- og gravitasjonsfelt, og studerte gassutslipp fra månen. Prosjektet varte i 19 måneder, og vannmålingene ble foretatt da satellitten krasjet kontrollert på månens sørpol. Det ble ikke funnet spor av vann/is. AsiaSat3/HGS-1 (Kina) – 1997 Dette var en kommersiell kommunikasjonssatellitt for tv og telefon, og skulle gå i geosynkron bane rundt jorden. En feil gjorde at banen ikke ble som planlagt, fordi nyttelasten var for tung. Etter litt om og men, og omdøping fra AsiaSat3 til HGS-1, ble satellitten manøvrert inn i to vellykkede passeringer av månen og ved dette ble plassert i geosynkron bane. AsiaSat3/HGS-1 (Kina) – 1997 Kommersiell kommunikasjonssatellitt som tilfeldigvis kom til månen

17 Ekspedisjoner til månen – nyere år – SMART 1
Small Missions for Advanced Research in Technology – SMART 1 Første europeiske romfartøyet som gikk i bane om månen, fra november 2004 til august 2006. Testing av ny teknologi, og studere kjemiske elementer i måneoverflaten, teste teorien om dannelsen av månen og lete etter is. Framdrift: ionemotor drevet av elektrisk energi fra solcellepanel. Instrumenter: SIR – nærinfrarødt spektrometer (0,94-2,4 μm) AMIE – kamera (synlig og nærinfrarødt lys) D-CIXS – Røntgenteleskop RSIS – Radioeksperiment SMART-1 (Small Missions for Advanced Research in Technology) SMART-1 er det første europeiske romfartøyet å gå i bane om månen. Prosjektet var ment for testing av ny teknologi, samt å studere kjemiske elementer i måneoverflaten, teste teorien om dannelsen av månen, og lete etter is. Romfartøyet kom seg til månen ved hjelp av en ionemotor drevet av elektrisk energi fra solcellepanel (gir en jevn akselerasjon, planlagt å brukes på Solar Orbiter og BepiColombo til Merkur.). AMIE – Kompakt kamera for avbildning av månen i synlig og nærinfrarødt lys. SIR – Infrarødt spektrometer for kartlegging av månens mineraler. D-CIXS – Røntgenteleskop for identifisering av kjemiske elementer på måneoverflaten. RSIS – Et radioeksperiment som sammen med AMIE kameraet ble brukt for å studere månens rotasjon rundt jorden, spesielt hvordan den heller litt først med nordpol så med sørpol mot jorden (nikkende måne). Video – esa’s nettside om SMART-1: - oppskytning september 2003 – Europas første romfartsekspedisjon til månen - ved hjelp av elektrisk energi fra solcellepanel ble SMART satellitten drevet sakte men sikkert framover av en ionemotor. Motoren ga en stabil fremdrift ved å blåse ut xenongass. Da SMART-1 nådde fram til månen (november 2004) hadde den bare brukt 60l drivstoff. En klassisk kjemisk motor ville ha brakt satellitten i bane rundt månen på noen dager, i stedet for et år, men hensikten med prosjektet var å teste ut denne teknikken som vil være langt mer nyttig på romfartøy som skal langt av sted. Den vitenskapelige (ikke rent tekniske) delen av prosjektet startet mars 2005. - SMART-1 testet også ut nye radiokommunikasjon og navigasjonsteknikker, et system der satellitten kan styre seg selv (ikke bakkekontroll). - SMART-1 gikk i en polar elliptisk bane rundt månen i 16 måneder. - Ubesvarte spørsmål om månen før SMART-prosjektet: månens opphav, evolusjon og fysiske prosesser som ligger til grunn for dannelsen av et planetært objekt som månen. Vitenskapelige resultater: se doc-filen

18 SMART 1 – SIR instrumentet
SIR prosjektet skulle dekke: Overflate/regolitt prosesser Vulkanprosesser Struktur måneskorpen Lete etter spektralsignaturer av is på polene Verifisering og studie av geometriske effekter for det reflekterte spektrumet Flere nyanser i det reflekterte infrarøde lyset enn i det synlige lyset. SIR målte på reflektert spektra (0,94-2,4 μm) for analyse og kartlegging av hovedmineralene i måneoverflaten (pyroksen, olivin og plagioklas). Mens Clementine hadde seks spektralfiltre i for bølgelengdeområdet 0,94-2,4 μm, hadde SIR punktspektra i 256 kanaler for samme område og dermed bedre evne til å skille mellom mineralene. SIR prosjektet dekker: 1) Overflate/regolitt prosesser; 2) Vulkanprosesser; 3) Måneskorpe struktur; 4) Lete etter spektralsignaturer av is på polene (særlig sørpolen siden perihelium til SMART vil være der); og 5) Verifisering og studie av geometriske effekter for spektrumet. SIR er et nærinfrarødt spektrometer som måler på reflektert spektra i bølgelengdeområdet 0,94-2,4 mikrometer, som passer for å skille mellom hovedmineraltypene på måneoverflaten (pyroksen, olivin og plagioklas). En kan dermed skille mellom og lage kart av de petrologiske typene av materialer i overflaten av sjøene og høylandene på månen. Med den høye spektraloppløsningen er det også mulig å finne mengden av jernkation i pyroksen og olivin (kation er positivt ion fra elektrolyse – som går over til katoden). Spektralområdet dekker også signaturer til is (vann), karbondioksid og karbonmonoksid. Teknikken med refleksjonsspektralanalyse har også blitt brukt til å studere månen fra jorden, men uten forstyrrelsene som skyldes jordens atmosfære. Med denne måleteknikken forstyrres ikke miljøet på månen. Sammenliknet med de seks filtrene til Clementine ( nm), hadde SIR punktspektra i 256 spektralkanaler og dermed en betydelig bedre evne til å skille mellom forskjellige mineraler. SIR observerte hovedsakelig regolittlaget på måneoverflaten. Prosessene som har pulverisert de originale steinene og endret sammensetningene ved smelting under meteornedslag og fordamping, danner nye faser (glass og mineralkrystaller) uten å endre det kjemiske grunnlaget. Dette fører til endringer i de spektrale egenskapene, altså mørkning, betydelig reduksjon i absorpsjonsbånd og øker kontinuiteten i det infrarøde. Sammen er disse prosessene kjent som en modning av jordsmonnet på månen.

19 Planlagte ekspedisjoner til månen
Lunar-A (Japan) – 2007 Avbilding av måneoverflaten, observere måneskjelv, måle termiske egenskaper og varmefluks nær overflaten, og studere månens kjerne og indre struktur. Chang’e (Kina) – 2007 Testing av teknologi og studere månens miljø og regolittlaget. Selene (Japan) – 2007 Observere mengden av grunnstoffer, mineralogisk sammensetning, topografi, geologi, gravitasjon og måne/sol/jord plasmaomgivelser. Skal også teste teknologi. Lunar Reconnaissance Orbiter (USA) – 2008 Kartlegge måneoverflaten for å finne framtidige landingsområder, med endelig mål å sende mennesker til månen igjen. Måle strålingsforhold, topografi, kartlegge hydrogenforekomster (også vann), og kartlegge lysforholdene og temperaturen i polområdene. Moonrise (USA) Lande to fartøy på månens sørpol og returnere steinprøver. Planlagte måneferder: Lunar-A (Japan) – 2007 Prosjektet skal avbilde måneoverflaten, observere måneskjelv, måle de termiske egenskapene og varmefluks nær overflaten, og studere månens kjerne og indre struktur. Romfartøyet har med seg kamera og to instrument for å trenge gjennom måneoverflaten, som er utstyrt med seismometer og apparat for måling av temperaturfluks. Måneskjelvaktiviteten skal registreres i løpet av ett år, og fra de målingene skal en komme fram til strukturen til månens indre og størrelsen på kjernen. Målingene av varmetransporten gir informasjon om den termiske tilstanden og utviklingen av månen. Chang’e (Kina) – 2007 Dette eksperimentet er det første av en serie planlagte kinesiske ekspedisjoner til månen. Chang’e skal teste teknologi og studere månens miljø og overflate regolitt. Nyttelasten vil bestå av kamera, høydemåler, gamma/røntgen spektrometer for måling av sammensetning og radioaktive komponenter av månen, et mikrobølge radiometer for å kartlegge tykkelsen av regolittlaget, og utstyr for å undersøke solvind og områder nær månen. Selene (Japan) – 2007 Prosjektet skal samle data om mengdene av grunnstoffer, mineralogisk sammensetning, topografi, geologi, gravitasjon, og måne- og sol-jord plasmaomgivelsene. Det skal også utvikles teknologi for framtidig måneekspedisjon. Lunar Reconnaissance Orbiter (USA) – 2008 Denne satellitten skal kartlegge måneoverflaten og bestemme framtidige landingsområder, der det endelige målet er å sende mennesker til månen igjen. Målinger av stråling fra rommet, topografi, kartlegging av hydrogenforekomster, temperaturen i polområdene, avbilde overflater som ikke eksponeres for sollys, se etter vann/is avsetninger, og kartlegge lysforholdene i polområdene. Moonrise (USA) – 20?? Prosjektet består i å lande to fartøy på månens sørpol, og at de skal returnere prøver fra et område på måneoverflaten hvor en tror at det finnes materialer fra månens mantel.

20 Planlagte ekspedisjoner til månen - Chandrayaan
Første indiske romfartsprosjekt med månen som mål Oppskyting planlagt i 2008 Polar bane i ca 100 km høyde Avbildning av måneoverflaten i synlig og infrarødt (0,6-2,4μm) lys, røntgen og lavenergi gammastråling Skal kartlegge topografien til månen og fordelingen av mineraler og grunnstoffer for å besvare spørsmål om månens opprinnelse. SIR-2 Nydesign av spektrometeret SIR ombord på SMART-1 Analyse og kartlegging av hovedmineralene i måneoverflaten Bølgelengdeområde 0,93-2,4μm (256 kanaler punktspektra) UiB deltar i prosjektet og vil levere utlesningselektronikk og termisk styring. Institutt for Geovitenskap vil delta i analysen av måledata når den tid kommer. Chandrayaan (India) Chandrayaan er første indiske romfartsprosjekt med månen som mål. Den har instrumenter for avbildning av måneoverflaten i høy oppløsning i synlig og nærinfrarødt (0,6-2,4μm) lys, røntgen og lavenergi gammastråling. Satellitten vil gå i en polar bane rundt månen i ca 100km høyde. Målene for prosjektet er 3-D kartlegging av topografien, fordelingen av mineraler og grunnstoffer (også radioaktive nuklider). Disse dataene vil brukes for studie av opprinnelse og utvikling av solsystemet, og månen spesielt. Spesifikke mål: - mineralogisk og kjemisk avbildning av områder på polene som er i permanent skygge - lete etter vann (is) under måneoverflaten (særlig polene) - identifisere kjemi for steinene i høylandene - studere kjemien i lagene til måneskorpen ved fjernmåling av sentrumstoppene i store kratre - kartlegge høydevariasjonene på måneoverflaten - røntgenobservasjoner (>10keV, stereografisk dekning, 5m oppløsning) for å studere månens opprinnelse og evolusjon SIR-2 instrumentet er en nydesign av nærinfrarød spektrometeret SIR om bord på SMART-1. UiB deltar i prosjektet, og vil levere utlesningselektronikk og termisk styring for SIR-2 instrumentet. Institutt for Geovitenskap (ved Rolf-Birger Pedersen) vil delta i analysen av måledata når den tid kommer.

21 Månens ulike karakteristikker
Oppsummering Månens ulike karakteristikker Tørrhet Mangel på liv Mangfold Historisk utvikling Forvitring av overflaten Månens unike karakteristikker Tørrhet – Om det finnes vann på månen er det nok fra et kometnedslag, og kun i polområdene. Vann har ikke vært viktig for månens utvikling. Ikke liv på månen – Månen har svært lite av de kjemiske elementene som er essensielle for at det skal eksistere noe form for liv; hydrogen, karbon, nitrogen, m.m. Mangfold – Månen er ikke en homogen, uniform verden, men er bygget opp av en rekke ulike steiner som er resultat av kjemisk og geologisk separasjon. Historie – Månen er ikke en stor meteoritt, men har utviklet og endret seg etter den ble dannet for 4,6 milliarder år siden. Månens endringer er fra geologiske krefter; fra smeltet tilstand i begynnelsen, via ekstreme meteorittbombardering, indre oppvarming og vulkanaktivitet (ca 3 milliarder år siden), til mer sporadiske meteornedslag den siste tiden. Nå er månen ansett å være geologisk inaktiv. Overflateforvitring – Måneoverflaten påvirkes konstant av solvind, kosmisk stråling og mikrometeoritter, og forvitrer på sin måte uten luft og vann (som her på jorden). Denne ytre påvirkningen har over alle disse årene bygget opp laget av regolitt. Dette støvlaget preserverer kosmiske partikler fra solvinden og den kosmiske strålingen.

22 Vitenskapelige mål for månen
Planetær vitenskap Geologisk historie til jorden Solens historie Plattformvitenskap Astronomi og astrofysikk Utskytingsrampe Vitenskapelige mål for månen Planetær vitenskap – for å studere selve månen Geologisk historie – som også kan fortelle oss om jordens utvikling, siden sporene er bedre bevart på månen. Månen inneholder informasjon om solens historie – fra avsetninger av solvinden i støvet på måneoverflaten. Også informasjon om galaktisk stråling gjennom tidene. Plattformvitenskap – månen er en base for instrumenter for andre vitenskaplige observasjoner Astronomi og astrofysikk – fordel av at månen har så godt som ingen atmosfære, seismisk rolig og soner der det ikke er radiostøy. Utskytningsrampe til andre mål i solsystemet.

23 Referanser: ESAs hjemmesider (http://sci.esa.int/)
NASAs hjemmesider ( Lunar Sourcebook: A User’s Guide to the Moon, editorer G. H. Heiken, D. T. Vaniman, og B. M. French, 1991 Wilhelms D. E. og D. E. Davis, Two former faces of the Moon, Icarus, 1971 Discovering the Universe, N. F. Comins og W. J. Kaufmann, 7. utg., 2005 The New Solar System, editorer J. K. Beatty og A. Chaikin, 3. utg., 1990 The planets – Moon, BBC Worldwide Ltd. 1999

24 Takk for oppmerksomheten...