Το φεγγάρι
Ένας κόσμος εγκαταλειμμένος γεμάτος κρατήρες

Άρθρο, 20 Ιουλίου 2003

Ο ήλιος και το φεγγάρι είναι οι πανάρχαιοι φάροι που καθοδηγούσαν την ανθρωπότητα στην καθημερινή ζωή. Έχουν σχηματίσει ένα ουράνιο ζεύγος, που από τη μια λατρεύτηκε και από την άλλη σκόρπιζε το φόβο, επηρεάζοντας την ανθρώπινη ύπαρξη. Από την αρχαιότητα δε το φεγγάρι έχει εμπνεύσει και τη λαογραφία. Σκεφτείτε πόσο διαφορετικά θα ήταν η κατάσταση εάν η Γη είχε αρκετούς φυσικούς δορυφόρους, όπως οι 30 σύντροφοι-φεγγάρια του Κρόνου. Και σκεφτείτε εάν η Γη δεν είχε κανένα φεγγάρι, τότε ο άξονας περιστροφής της θα περιπλανιόταν χαοτικά, καθιστώντας έτσι την εμφάνιση και την επιβίωση της ζωής πάνω στη Γη δυσκολότερη.

Αλλά το φεγγάρι είναι ο μοναδικός φυσικός δορυφόρος της Γης και ο πέμπτος μεγαλύτερος δορυφόρος στο ηλιακό σύστημα. Έχει μια διάμετρο 3476 km, περίπου το ένα τέταρτο της γήινης διαμέτρου και το 1/81 της μάζας της Γης. Έτσι παρόμοια σε μέγεθος, η Γη και το φεγγάρι θεωρήθηκαν συχνά ως ένας διπλός πλανήτης (όπως το σύστημα Πλούτων-Χάρων). Και τέλος η ένταση της βαρύτητας στην επιφάνεια του φεγγαριού είναι το 1/6 της βαρύτητας της Γης.

Η ακτίνα της πρωτοϋπολογίστηκε από τον Αρίσταρχο με σφάλμα 32% και αργότερα από τον Πτολομαίο με σφάλμα μόνο 5%.

Πόσο ψηλά είναι το φεγγάρι;

Η απόσταση από τη Γη ποικίλλει, από 356.400 km έως 406.700 km. Περιστρέφεται στον ελαφρώς κεκλιμένο άξονά του σε 27 ημέρες 7 ώρες και 43 λεπτά, ακριβώς στον ίδιο χρόνο που διαρκεί η τροχιακή περιστροφή του γύρω από τη Γη. Και επειδή μας γυρίζει πάντα την ίδια πλευρά, το φεγγάρι κρατά πάντα κρυφή την άλλη, την αθέατη, την σκοτεινή πλευρά της. Αυτή η διάρκεια της περιστροφής του οφείλεται στην βαρυτική έλξη από τη Γη. Όμως η πλευρά που βλέπουμε αλλάζει ελαφρώς στα όρια της, ως αποτέλεσμα αρκετών φαινομένων πχ της λίκνισης ή μετάπτωσης και κατά συνέπεια εμείς βλέπουμε το 59% της επιφάνειας του φεγγαριού.

Ο κύκλος των σεληνιακών φάσεων οφείλεται στη συνεχώς μεταβαλλόμενη ευθυγράμμιση του ήλιου, της γης και του φεγγαριού κατά τη διάρκεια της τροχιακής περιόδου του φεγγαριού. Και καθώς οι ημέρες περνούν, το ποσοστό της ηλιόλουστης πλευράς του φεγγαριού, που είναι ορατή από τη Γη, αλλάζει.

Το μέγεθος ενός γεμάτου φεγγαριού εντυπωσιάζει πάντα τους ανθρώπους, αλλά αυτή η φωτεινότητα του είναι παραπλανητική. Η επιφάνεια αυτού του δορυφόρου είναι πραγματικά αρκετά σκοτεινή. Το albedo του, που είναι το μέρος του συνολικού φωτός που ανακλάται από το φεγγάρι, είναι κατά μέσον όρο μόνο 0,067, χαμηλότερο από όλους τους πλανήτες εκτός από τον Ερμή. Το φεγγάρι έχει θερμοκρασίες που ποικίλλουν από 123°C στην ημέρα έως -170°C τη νύχτα στον ισημερινό, και κάτω από -233°C στους μόνιμα σκιασμένους πολικούς κρατήρες.

Κρατήρες με ορεινές περιοχές και άνυδρες θάλασσες (maria)

Η επιφάνεια του φεγγαριού παρουσιάζει δύο διαφορετικούς τύπους εκτάσεων, σαφώς ορατούς στο γυμνό μάτι: οι φωτεινότερες ορεινές περιοχές, "terrae" ή "ήπειροι", που καλύπτουν το 80% της σεληνιακής επιφάνειας (65% της ορατής πλευράς), και περίπου 20 σκοτεινότερες περιοχές που εσφαλμένα ονομάζονται maria (θάλασσα) επειδή αυτές οι "θάλασσες" είναι συνολικά άνυδρες.

Οι θάλασσες ή maria είναι όπως οι πεδιάδες με λίγους μεγάλους κρατήρες. Αυτές αντιστοιχούν με τις λεκάνες που δημιουργήθηκαν από μεγάλες συγκρούσεις με μετεωρίτες, πριν 3.9 και 3 δισεκατομμύρια χρόνια, γεμάτες με βασαλτική λάβα. Οι παλαιότερες λεκάνες έδωσαν ακανόνιστο σχήμα στις θάλασσες (όπως είναι η Tranquillitatis ή η Fecundidatis), ενώ οι πιο πρόσφατες έδωσαν περισσότερο κυκλικό σχήμα (όπως η Crisium, η Serentatis και η Nectaris). Οι περιοχές των θαλασσών συγκεντρώνονται στην ορατή πλευρά του φεγγαριού, όπου καλύπτουν το 35% της επιφάνειας. Οι mare όμως καλύπτουν μόνο το 5% της αθέατης πλευράς του φεγγαριού, με τη μεγαλύτερη θάλασσα της Μόσχας που παρατηρήθηκε πρώτα από το σοβιετικό σκάφος Luna-3.

Στους υψηλότερους σχηματισμούς δόθηκαν τα ονόματα βουνών της Γης. Η υψηλότερη κορυφή, το Όρος  Leibnitz, καταλήγει να είναι 8000 m επάνω από τις περιβάλλουσες περιοχές του Νότιου πόλου της Σελήνης. Οι ορεινές περιοχές είναι γεμάτες με αναρίθμητους κρατήρες, με διάμετρο συχνά 50 km. Ένας αστρονόμος του 19ου αιώνα, ο Julius Schmidt (που υπήρξε και διευθυντής του Αστεροσκοπείου Αθηνών), έβγαλε τους κρατήρες 30 000. Σήμερα υπολογίζεται ότι είναι τουλάχιστον 10 φορές πάνω οι κρατήρες με διάμετρο μεγαλύτερh από 1 km, και μόνο στην ορατή πλευρά του φεγγαριού. Ο μεγαλύτερος κρατήρας υπερβαίνει σε διάμετρο τα 200 km. Οι ηφαιστειακοί κρατήρες είναι σπάνιοι και συγκριτικά μικροί. Οι σεληνιακοί κρατήρες, που οφείλονται σε πτώσεις μετεωριτών, μας ενημερώνουν και για την ιστορία του γήινου βομβαρδισμού από την εποχή της γέννησής του.

Σεληνιακά στοιχεία

Όπως στη Γη, το οξυγόνο είναι το αφθονότερο στοιχείο στην επιφάνεια του φεγγαριού, αλλά υπό μορφή οξειδίων. Υπάρχουν αρκετές ποσότητες πυριτικών αλάτων παντού. Το μαγνήσιο, ο σίδηρος και το τιτάνιο εμπλουτίζουν την επιφάνεια των mare, καθώς υπάρχει άφθονη ποσότητα πυροξένων (pyroxene - ομάδα  ενώσεων με πυρίτιο και ξένες προσμίξεις). Οι βράχοι ορεινών περιοχών αποτελούνται κυρίως από τον άστριο, εμπλουτισμένο με ασβέστιο και αργίλιο. Μάλιστα τρία μεταλλεύματα, άγνωστα στη Γη έχουν ανακαλυφθεί στο φεγγάρι. Υπάρχουν επίσης ίχνη θείου, φωσφόρου, άνθρακα, υδρογόνου, αζώτου, ηλίου και νέου στο χώμα.

Η επιφάνεια του φεγγαριού εκτίθεται συνεχώς στον ηλιακό άνεμο (που ταξιδεύει με ταχύτητες γύρω στα 400 km/sec και με ενέργειες της τάξης μερικών keV αλλοιώνει την επιφάνεια της Σελήνης) από τον οποίο παγιδεύει το πολύτιμο υδρογόνο και το ήλιο (καθώς επίσης και το ισότοπο ήλιο-3 που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για ενέργεια πυρηνικής σύντηξης). Η αύξηση του υδρογόνου στους πόλους θα μπορούσε να ερμηνευθεί ως παγιδευμένη κατάθεση νερού παγωμένου. Αυτά τα στοιχεία συμπεριφοράς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν στο μέλλον.

Δεν υπάρχει ουσιαστικά καμία ατμόσφαιρα στο φεγγάρι. Η διαδικασία διάβρωσης οφείλεται λοιπόν στις πτώσεις αστεροειδών και μετεωριτών, όπως πιστοποιούν οι μυριάδες των κρατήρων. Οι βιαιότερες συγκρούσεις έσπασαν το σεληνιακό φλοιό επιτρέποντας έτσι στο εσωτερικό μάγμα να ρεύσει προς τα έξω. Η επιφάνεια λόγω των μικρών συγκρούσεων έχει μετασχηματιστεί σε ένα ειδικό στρώμα, σαν πούδρα, που ονομάζεται ρηγόλιθος, και το οποίο στρώμα μπορεί να είναι βάθους15 m.

Κάτω από αυτήν την επιφάνεια, το εσωτερικό του φεγγαριού αποτελείται από ένα ομοιογενή στερεό φλοιό (πάχους 50-75 km) και ένα μανδύα (που διαιρείται στη λιθόσφαιρα και στην ασθενόσφαιρα) που αρχίζει σε βάθος περίπου 100 km. Επίσης υπάρχει ένας μικρός πυρήνας που αποτελείται ουσιαστικά από λειωμένο σίδηρο, πάχους 200-300 km. Οι σεληνιακοί σεισμοί εμφανίζονται σπάνια και λιγότερο ισχυροί απ' ό,τι στη Γη. Δεν υπάρχει κανένα σημαντικό μαγνητικό πεδίο.

Μυστήρια η γέννηση και η εξέλιξη του συστήματος Γη-Σελήνης

Εάν η ηλικία του φεγγαριού αναγνωρίζεται γενικά ότι είναι 4.6 δισεκατομμυρίων ετών, όπως η Γη και οι άλλοι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος, ο τρόπος που διαμορφώθηκε είναι ακόμα ένα ανοικτό ζήτημα. Τέσσερα μοντέλα έχουν υποστηριχτεί στο παρελθόν: της σύλληψης, της συν-αύξησης, της διάσπασης ή της σύγκρουσης.

Το φεγγάρι μπορεί να έχει σχηματιστεί  αλλού στο ηλιακό σύστημα και να είχε συλληφθεί από τη Γη, αλλά αυτό δημιουργεί δυναμικά και προβλήματα σύνθεσης. Το μοντέλο της συν-αύξησης βλέπει το φεγγάρι και τη Γη να διαμορφώνεται ως ένα διπλό σύστημα πλανητών, αλλά αυτό θίγει προβλήματα σύνθεσης. Τελικά το φεγγάρι θα μπορούσε να έχει σχηματιστεί από τη διάσπαση μέρους του μανδύα της Γης, στην πολύ αρχική φάση της, λόγω γρήγορης περιστροφής της Γης για να δημιουργήσει ένα νέο σώμα. Εδώ προκύπτουν δυναμικά ζητήματα. Μέχρι σήμερα, οι πρώτες τρεις θεωρίες δεν δίνουν αρκετές πειστικές αποδείξεις και δεν εξηγούν στοιχεία που έχουν συσσωρευτεί ως αποτέλεσμα της σεληνιακής εξερεύνησης. Για παράδειγμα, οι τρεις αυτές θεωρίες δεν εξηγούν καθαρά όλες τις διαφορές στη σύνθεση του φεγγαριού και της Γης.

Το ευρύτατα αποδεκτό σενάριο είναι ότι το φεγγάρι δημιουργήθηκε από μια γιγαντιαία σύγκρουση ενός σώματος του μεγέθους του Άρη, με τη Γη. Αυτή η σύγκρουση ανάγκασε υλικό και από το μανδύα της Γης και από το αστρονομικό αντικείμενο, να εκτιναχθεί ψηλά και να μπει σε τροχιά γύρω από τη Γη, όπου αργότερα κυρίως το υλικό αυτό σχημάτισε το φεγγάρι. Όμως για την επιβεβαίωση του σεναρίου αυτού θα πρέπει να μετρηθεί η συνολική και η περιφερειακή στοιχειακή σύνθεση του φεγγαριού. Αυτός είναι ένας βασικός επιστημονικός στόχος για το SMART-1.

Η Σελήνη δρα σαν επιβραδυντής της περιστροφής του συστήματος Γης-Σελήνης, λόγω των παλιρροιακών δυνάμεων που επιδρούν κυρίως πάνω στους ωκεανούς. Γι' αυτό και η απόσταση Γης-Σελήνης μεγαλώνει με ρυθμό 4 μέτρα ανά αιώνα. Το σύστημα Γης-Σελήνης έχει ήδη αποκτήσει περίοδο περιφοράς ίση με την περίοδο περιστροφής της Σελήνης. Στο μέλλον αναμένεται και η περίοδος περιστροφής της Γης να συγχρονιστεί με την περίοδο περιστροφής της Σελήνης. Και τότε η ημέρα θα έχει διάρκεια περίπου 60 σημερινές ημέρες.

Αναφορά: ESA, NASA