Ile kraterów jest na Księżycu? Jeden 4 marca zrobił niechcący fragment chińskiej rakiety

Czyj jest fragment rakiety, która 4 marca około godziny 12:30 uderzyła w Ksieżyc po jego niewidocznej stronie w okolicy krateru Hertzsprung? Dokładna identyfikacja obiektu zbliżającego się powoli do powierzchni naszego satelity, okazała się nie takim trywialnym zadaniem. Nie był to fragment rakiety SpaceX, chińskie ministerstwo spraw zagranicznych dementowało doniesienia, że są to z kolei fragmenty chińskiej Długi Marsz 3C. Jednak zebrana dokumentacja kazała uważać tę drugą okoliczność za najbardziej prawdopodobną.

Zderzenia z 4 marca nie da/dało się obejrzeć z Ziemi, gdyż nastąpiło ono po stronie niewidocznej z naszej planety

Obiekt, który uderzył w Księżyc 4 marca, był śledzony przez radioteleskop z Ziemi (przez tzw. Goldstone Solar System Radar, który stanowi także część systemu kosmicznej nawigacji i komunikacji DSN) już wcześniej. Po zderzeniu obserwacje zmian w cienkiej warstwie egzosfery (zewnętrzna warstwa atmosfery) wokół Księżyca, a także poszukiwania nowopowstałego krateru przeprowadzi Lunar Recoinassance Orbiter.

Krater Hertzsprung (po prawej), w którego okolicach ma uderzyć/uderzył fragment rakiety

Jeśli zastanawiacie się, dlaczego na powyższym obrazku po lewej stronie jest cała niewidoczna z Ziemi strona Księżyca, to już wyjaśniam. To zagadka dla chętnych. Po prawej widać krater na zbliżeniu. Znajdźcie go na zdjęciu całej niewidocznej części Księżyca. Wskazówka - jest po prawej stronie blisko równika. Do poszukiwań najlepiej pobrać duże zdjęcie.

Odpowiedź na pytanie, czyj to fragment rakiety, uzyskano dzięki obserwacjom radarowym

Dyskusję na temat tego co uderzyło w Księżyc 4 marca zakończyło uzyskanie obserwacji radarowych, które wskazują na obiekt pomalowany farbą używaną przy rakietach Długi Marsz 3C. Wiemy też, że jest/było to niezaplanowane działanie, podobnie jak w przypadku naturalnie powstających kraterów na Księżycu.

Nie ma obecnie organizacji, która zajmowałaby się regularnym śledzeniem kosmicznych śmieci w Układzie Słonecznym, które orbitują z dala od Ziemi

Jeffrey Plescia z JHUAPL zwraca również uwagę na fakt, że powstały 4 marca krater jest prawdopodobnie odmienny od tych powstałych naturalnie. A to konsekwencja faktu, że w powierzchnię uderzył przedmiot pusty w środku. Krater będzie więc płytszy i prawdopodobnie nieregularny. Wynik zderzenia zależy także od sposobu rotacji fragmentu rakiety, a ten nie został określony. Poniżej wideo ze startu rakiety Długi Marsz 3C w 2015 roku z Chang'e 5 T1. To właśnie górny człon tej rakiety jest powodem całego zamieszania. 

Obejrzyj w

Zderzenie z 4 marca to dobra okazja do zastanowienia się nad odpowiedzią na pytanie, ile tak naprawdę kraterów mamy na Księżycu? Podanie dokładnej liczby może być niemożliwe, bo stare ślady pokrywają nowsze. Poza tym wszystko zależy od tego jakiej wielkości kratery uwzględnimy w obliczeniach. Im mniejsze, tym więcej ich zidentyfikujemy.

Czym są kratery i jak powstają?

Tego pewnie nie trzeba tłumaczyć, wystarczy przypomnieć sobie zabawy w piaskownicy i upuszczany na piasek kamyk, który tworzył charakterystyczne zagłębienie. Układ Słoneczny jest z kolei pełen obiektów, które prędzej czy później znajdą się na torze kolizyjnym z Księżycem.

Krater zwykle kojarzy się nam z zagłębieniem o kształcie okręgu. Jednak są na Księżycu też takie o nieregularnym kształcie, a naturalnym pochodzeniu. W przypadku krateru Ryder przypuszcza się, że to konsekwencja dwóch uderzeń w niewielkiej odległości

Technicznie krater to struktura geologiczna, która kojarzy się nam z wulkanami, albo pozostałościami po uderzeniu dużych obiektów w powierzchnię Ziemi czy też innego ciała niebieskiego. Rzadziej (choć ostatnio myślimy w tym temacie inaczej) przychodzi nam na myśl krater jako pozostałość po eksplozji bomby, ale stworzone wtedy zagłębienia również tak się określa.

Krater Kopernik widziany pod dużym kątem przez sondę Lunar Prospector

Dla miłośników astronomii krater ma jedno podstawowe znaczenie. To element typowy dla powierzchni Księżyca. Występują one również na Marsie, Merkurym czy też planetach karłowatych oraz asteroidach, ale Księżyc zawsze przychodzi nam do głowy jako pierwszy.

Czasem słyszy się powielany mit, że Księżyc chroni Ziemię przed uderzeniami asteroid. W praktyce jego rola w tym przypadku jest znikoma

Nie brak ich także na Ziemi, ale tylko te najmłodsze oparły się erozji, zmianom geologicznym i ekspansji roślinności. Te bardzo stare już tak wrosły w nasze otoczenie, że bez obserwacji z kosmosu nawet nie wiedzielibyśmy, że należy je tak identyfikować.

Jezioro Manicoaugan w Kanadzie to w rzeczywistości wypełnienie krateru

Najnowsze szacunki dotyczące liczby kraterów na Księżycu to wynik obserwacji chińskich sond

Krater, który powstał 4 marca, stanie się jednym z ponad stu tysięcy kraterów, jakie udało się zidentyfikować na Księżycu. Oko ludzkie jest w stanie dostrzec jedynie te największe. Według danych Międzynarodowej Unii Astronomicznej lista księżycowych kraterów dostrzegalnych na zdjęciach to ponad 9 tysięcy. W przypadku około 20% z nich możliwe jest datowanie.

Duże stare kratery i mniejsze, które znajdują się w ich wnętrzu. To oznacza, że mogły powstać jedynie później

Najstarsze wciąż obecne na powierzchni Księżyca kratery mają nawet 4 miliardy lat. Wiek charakterystycznego krateru Tycho ocenia się na 108 milionów lat. Poniżej wizualizacja z zaznaczoną lokalizacją kraterów większych niż 20 km, których na Księżycu jest ponad 5000.

Obejrzyj w

Znaczne wzbogacenie listy księżycowych kraterów umożliwiły analizy przeprowadzone z pomocą SI i obserwacji zgromadzonych przez chińskie orbitery (Chang’e-1 i Chang’e-2). Najmniejsze z nich mają średnicę około kilometra. Wyniki analizy ogłoszono pod koniec 2020 roku w Nature Communications.

Łączna liczba kraterów na Księżycu liczona jest w setkach milionów

Nawet liczba 109956 zidentyfikowanych miejsc uderzeń stanowi wciąż ułamek realnej liczby kraterów na powierzchni Księżyca. Każdego dnia w naszego satelitę uderza bowiem około 2,8 ton materii, zwykle w postaci niewielkich brył czy też skalnych drobin.

Szacuje się, że kraterów o rozmiarze około kilometra i większym, jest na Księżycu ponad milion. Takich o rozmiarze kilkunastu metrów nawet pół miliarda

Dzięki ogromnej prędkości uderzenia, mimo małej masy, liczonej czasem gramach są one w stanie pozostawić na powierzchni Księżyca blizny. Brak atmosfery, która pozwoliłaby na wytracenie prędkości, a zwykle także spalenie się meteoroidów, sprawia że każdy z nich dociera do powierzchni.

Stosunkowo świeża pozostałość po uderzeniu, którą znaleźli astronauci z misji Apollo 15. W tle widoczne księżycowe góry Apeniny

Wedle wyliczeń NASA, ważący 5 kg meteoroid uderzający w powierzchnię Księżyca spowoduje powstanie krateru o średnicy 9 metrów. Przy okazji wyrzucone zostanie w górę około 75 ton materii, która w końcu opadnie na powierzchnię Księżyca z dala od miejsca zderzenia.

Rozmiary największych kraterów księżycowych, które da się obecnie wyróżnić sięgają 550 km, największa struktura związana z uderzeniem ma 2500 km średnicy (Basen Biegun Południowy - Aitken).

Tak zwane Morze Wschodnie blisko krawędzi widocznej części Księżyca. To basen uderzeniowy sprzed ponad 3,5 miliarda lat, który z czasem pokryły młodsze kratery uderzeniowe

Księżycowe morza mogą być pozostałościami jeszcze większych megakraterów, które z czasem wypełniła magma zacierając ich charakterystyczne cechy. Najmniejsze kratery księżycowe są tak małe, że dało się je przywieźć na Ziemię utrwalone w próbkach pobranych skał. Z perspektywy ludzkiej percepcji to nawet nie kratery, a jeśli by je uznać za takowe, to ich liczba byłaby „nieskończona”.

Zderzenia z Księżycem można monitorować, choć nie jest to proste

Upadek znaczącej masy na powierzchnię Księżyca teoretycznie nie powinien umknąć naszej uwadze, szczególnie gdy ma to miejsce od strony widocznej z Ziemi. I istotnie jest kilka programów obserwacji naszego naturalnego satelity, które mają za zadanie stałe wizualne monitorowanie powierzchni i ewentualną rejestrację uderzeń. Są to między innymi NELIOTA realizowany przez ESA i Ateńskie Obserwatorium, a także ALaMO realizowany przez NASA.

Obserwacje wskazują, że na powierzchni Księżyca rocznie rozbija się do kilkudziesięciu meteoroidów, które pozostawiają kratery o rozmiarach od kilku do kilkudziesięciu metrów.

Najwygodniej uderzenie wykryć na części Księżyca, która nie jest oświetlona przez Słońce w danym momencie, bo inaczej zjawisko raczej umknie uwadze niknąc w ogromnym blasku oświetlonej powierzchni. Kilka lat temu dało się nawet zarejestrować taki upadek na żywo w trakcie obserwacji całkowitego zaćmienia Księżyca. W trakcie uderzenia pojawia się zwykle błysk, który łatwo zaklasyfikować.

Czy zderzenia z Księżycem da się przewidzieć?

Wydarzenia, które zaplanowała matka natura, trudno przewidzieć. Jedynie zderzenie z dużą skałą lub znanym już nam obiektem dałoby się wyliczyć z wcześniejszych obserwacji, jednak takie przypadki są statystycznie bardzo rzadkie. Mimo to, Księżyc podlega na tyle intensywnemu bombardowaniu, że konstrukcje przyszłych księżycowych baz powinny uwzględniać ochronę przed meteoroidami.

Sekwencja zdjęć w wideo zderzenia meteoroidu z Księżycem. Miejsce uderzenia zaznaczone czerwoną strzałką

Zderzenia z obiektami wytworzonymi przez człowieka to podobna historia. Tyle, że tym razem nie chodzi o rozmiar, a o dane historyczne i łatwość identyfikacji na podstawie znanych nam własności obiektu. W przypadku wspomnianej rakiety, dało się wyliczyć moment zderzenia, a także potwierdzić z dużym prawdopodobieństwie jej pochodzenie. Oszacowano też orientacyjną prędkość zderzenia (2,58 km/s).

Jest ona dziesiątki razy mniejsza niż prędkość naturalnie uderzających w Księżyc meteorów (to od 20 do nawet ponad 72 km/s), ale ze względu na spora masę człon rakiety Długi Marsz 3C na pewno pozostawi ślad w postaci krateru.

Zdarzenie z 4 marca należy określić mianem zbiegu okoliczności. Choć zdaniem wielu obserwatorów, to konsekwencja nieodpowiedzialnej polityki kosmicznej prowadzonej przez Chiny.

W przeszłości bombardowaliśmy Księżyc wielokrotnie. Celowo lub niezamierzenie celowo

W 2009 roku sonda LCROSS poleciała w kierunku Księżyca tylko po to, by nad nim podzielić się na impaktor i część obserwującą efekty zderzenia.

Pierwszym obiektem, który celowo zderzył się z Księżycem była radziecka Łuna 2. W 1959 roku stała się pierwszym zbudowanym przez człowieka obiektem, który wszedł w fizyczny kontakt z ciałem niebieskim innym niż Ziemia

W czasach misji Apollo, w stronę Księżyca kierowane były trzecie człony rakiet Saturn. Na zdjęciach widać ślady po uderzeniu z misji Apollo 13 (jak widać, astronauci nie wylądowali na Księżycu, ale cześć misji tak) i Apollo 16.

Ślad po trzecim członie rakiety Saturn V z misji Apollo 13

A to z kolei ślad po uderzeniu części rakiety z misji Apollo 16

Lata 60. i 70. XX wieku to czas, gdy udanie lądował na Księżycu nie tylko człowiek, ale też bezzałogowe pojazdy. Jednocześnie wiele takich akcji kończyło się niezaplanowanym zderzeniem. Od roku 1976, gdy na Księżycu wylądowała Łuna 24, do roku 2020, gdy udanie wylądował chiński Chang’e 5, w Księżyc kierowano przede wszystkim impaktory.

Była nim między innymi sonda Lunar Prospector, która po półtorarocznych obserwacjach Księżyca celowo uderzyła w 1999 roku we wnętrze krateru Shoemaker. Spodziewano się wtedy wykryć ślady wody, która miała występować w zacienionej części krateru. W 2019 roku lądownik Bereszit z Izraela miał stać się pierwszym prywatnym pojazdem, który osiągnął powierzchnię Księżyca. Niestety powiększył jedynie liczbę nieplanowanych księżycowych kraterów.

Każde uderzenie w powierzchnię Księżyca jest cennym źródłem informacji na temat jego budowy, a ze względu na fakt, że jest on uznawany za obiekt martwy biologicznie, ryzyko biologicznego zanieczyszczenia można pominąć.

Księżyc tuż po nowiu, tak wyglądał z Ziemi 3 marca 2022 roku

Nam pozostaje podziwiać Księżyc gołym okiem, przez lornetkę lub lunetę, albo fotografować, bo to wyjątkowo piękny widok na nocnym, ale także i dziennym niebie. Obecnie jest on tuż po nowiu, więc teoretycznie mamy dobre warunki do obserwacji zderzeń z Księżycem. A nuż komuś dopisze szczęście i zobaczy takie zjawisko na własne oczy.

Źródło: Project Pluto, NASA, ESA, inf. własna