Kineserne besøger Månens bagside
Den langsigtede plan er at sende mennesker til Månen omkring år 2030.
Månen Jorden NASA lunar

Her er det et NASA-fartøj, der har fotograferet Månen 'bagfra' og med vores egen blå planet som baggrund. (Foto: NASA)

Efter mere end 60 års rumfart er det svært at blive de første, der prøver noget helt nyt.

Men det er alligevel, hvad kineserne gør, når de sender rumsonden Chang’e 4 til Månens bagside. Efter planen sker opsendelsen omkring kl. 19.30 fredag 7. december, og så tager det 27 dage, før rumsonden lander på Månen, ifølge Space.com.

En rumsonde på Månens bagside kan hverken se eller sende radiosignaler til Jorden, og landingen her er derfor en stor teknisk udfordring.

Der er dog en god grund til, at kineserne gør forsøget. Forskellen på Månens forside og bagside er nemlig stor.

Vi ser altid den samme side af Månen

Som bekendt vender Månen altid samme side mod Jorden – et fænomen som kaldes bunden rotation.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Det skyldes tidevandskræfterne mellem Månen og Jorden, som over mange millioner år har bremset Månens rotation.

Månen gør det samme ved Jorden, og man kan direkte måle, at døgnet hvert år bliver en smule længere.

Det er meget lidt, da det for tiden tager et århundrede at øge døgnets længde med bare 1,7 millisekunder. Samtidig bevæger Månen sig hvert år 3,8 centimeter længere bort fra Jorden.

I de 4,5 milliarder år Månen har eksisteret, har den allerede øget døgnets længde her på Jorden fra nogle få timer til de nuværende 24 timer, og en gang langt ude i fremtiden vil det ende med, at Jorden også altid vil vende samme side mod Månen.

Det er den situation, vi kender fra Pluto og dens store måne Charon, der altid vender de samme sider mod hinanden.

Videoen herunder viser udsigten til Jorden fra en tidligere kinesisk lander, Chang’e 3. Man følger udsigten en hel månedag, hvor Jorden jo ikke flytter sig på himlen – til gengæld skifter Jorden fase fra 'halvjord' ved solopgang, til 'nyjord' ved middagstid, og 'fuldjord' når det er midt om natten.

(Video: NAOC/CLEP)

Første kig på Månens bagside

Første gang, vi så Månens bagside, var i oktober 1959, da den russiske rumsonde Luna 3 sendte nogle få og meget uskarpe billeder hjem.

Selvom billedkvaliteten ikke var den bedste, så viste de noget overraskende:

Månens bagside mangler de store, mørke lavasletter, som vi kender fra Månens forside – dem, der gør, at nogle ser 'manden i Månen'.

Der er således en stor forskel på Månens forside og bagside, og det har været et mysterium indtil 2014, hvor astronomer fra det amerikanske Penn State University fremsatte en teori, som giver en rimelig forklaring på forskellen.

NASA Måne bagside luna 3 LRO

Til venstre ses det første billede af Månens bagside, taget i oktober 1959. Det dækker 70 procent af bagsiden og en smule af forsiden, der ses i venstre side af billedet og afsløres af de mørke lavasletter, der ikke findes på bagsiden. Billedet til højre er fra 2009, taget af den amerikanske satellit LRO. Trods, hvad mange sagde dengang, så snød russerne ikke – deres billeder var skam ægte nok. (Foto: NASA)

Da Jorden var en stjerne

Efter vores bedste teorier er Månen dannet ved et sammenstød mellem Jorden og en mindre klode som har fået navnet Theia.

Ved sammenstødet blev der udviklet så meget varme, at hele Jordens overlade blev forvandlet til et hav af lava med en temperatur på måske 2.500 grader.

Jorden har derfor udsendt især rødt og infrarødt lys og på mange måder mindet om en lille stjerne.

Månen blev dannet meget tæt på Jorden af de trillioner af ton klippe, som blev slynget ud i rummet efter sammenstødet.

Jorden har en kort overgang haft en ring af store og små klippestykker, som efterhånden samlede sig til Månen, og hvis Månen oprindelig har roteret, blev rotationen hurtigt bremset af de meget stærke tidevandskræfter fra Jorden. Dermed fik den bunden rotation.

Forsiden fik den tynde skorpe

Det betød, at den side af Månen, som vendte mod Jorden, nu ikke bare blev opvarmet af Solens lys, men også af varmestrålingen fra den rødglødende Jord.

Månens forside havde derfor i mange millioner år en ekstra varmekilde.

Månens forside har været så varm, at klippe er fordampet, og der har været en kortvarig atmosfære af stoffer som aluminium og calcium. Disse dampe har bevæget sig hen over hele Månen og er fortrinsvis fortættet over den mere kølige bagside.

Her har de fortættede dampe sammen med silikater dannet de klipper, som er blevet til Månens skorpe.

På grund af temperaturforskellen blev de fleste klipper dannet på bagsiden, som derfor fik en tyk skorpe.

Asteroidenedslag på forsiden med den tynde skorpe havde lettere ved at skabe så dybe kratere, at lava er strømmet op til overfladen og har dannet de enorme mørke sletter, som jo dominerer forsiden.

Tilbage til kineserne og rummet bag Månen

Alene den kendsgerning, at der er forskel på Månens forside og bagside, er en god begrundelse for at sende en rumsonde til dette uudforskede område.

Bagsiden er på nuværende tidspunkt naturligvis blevet gennemfotograferet, men ingen rumsonde er tidligere landet.

Man kan roligt sige, at Kina allerede har gjort noget for at gennemføre flyvningen. Allerede 20. maj, altså for over et halvt år siden, opsendte de en satellit ved navn Queqiao til en bane, som aldrig har været brugt før.

Hvordan, de har gjort det, er lidt teknisk at forklare. I videoen herunder kan du se, hvordan det kan have set ud, da Queqiao gik ind i en bane om et såkaldt Lagrangepunkt - og under videoen kan du læse, hvad et Lagrangepunkt er, og hvordan processen rent teknisk lader sig gøre.

(Video: China Central Television/SciNews)

Satelitter kan ligge i ligevægt i Lagrangepunkter 

Queqiao er sendt til en bane om 'L2', det andet såkaldte Lagrangepunkt, opkaldt efter den italienske matematiker Joseph Louis Lagrange.

Lagrangepunkter

Et Lagrangepunkt er punkter i rummet, hvor tredjepartsobjekter kan ligge i ligevægt på grund af tyngdekraften fra to markant større himmellegemer. 

Forskellige systemer, som Jord-Sol-systemet eller Jupiter-Sol-systemet, kan have et antal Lagrangepunkter.

L2 i Jord-Måne-systemet befinder sig 65.000 kilometer bag Månen, og i dette punkt vil en satellit, som er tredjepart, følge med Månen i sin bane rundt om Jorden.

Forklaringen er, at en satellit i L2 er påvirket af tyngdekraften fra både Jorden og Månen på en måde, så den netop får samme omløbstid om Jorden som Månen, selv om den altså er 65.000 kilometer længere væk fra Jorden end Månen.

I L2 kan man derfor følge med i alt, hvad der sker på Månens bagside.

Der er bare et problem. L2 er et ustabilt Lagrangepunkt – det mindste puf, og satellitten driver væk fra L2.

Heldigvis findes der en løsning, nemlig at lade satellitten kredse om L2. Denne bane er også ustabil, men det kræver kun meget lidt brændstof at holde satellitten i banen.

Det er her Queqiao nu befinder sig – med fin udsigt til Månens bagside, men også til Jorden. Fra en afstand på 65.000 kilometer fylder Månen nemlig ikke nok på himlen til at kunne skygge for Jorden.

En sværere landing på bagsiden

Kina har allerede én gang landsat en sonde på Månen, nemlig Chang’e 3, som landede på Månen i december 2013, altså for 5 år siden.

Det gik også godt, og den kun 140 kilo tunge rover Yutu ('Jade Kaninen') begyndte at køre på overfladen. Efter at have kørt bare 114 meter, gik noget dog galt, og siden da har Yutu holdt stille.

Chang’e 4 er af samme konstruktion som forgængeren og altså også udstyret med en rover, men kineserne er sikre på, at de nu har løst de problemer, som fik roveren Yutu fra Chang’e 3 til at gå i stå.

Til gengæld er der et andet problem, som har noget at gøre med forskellen mellem Månens for- og bagside.

Chang’e 3, der skulle til Månens forside, kunne nemlig lande på en af de store lavasletter, hvor terrænet gennemgående er fladt. Man valgte månehavet Mare Imbrium, hvor der findes flere hundrede kvadratkilometer anvendeligt terræn til en landing.

Månens bagside har netop ikke sådanne flade sletter. Der er masser af kratere, store sten og ujævnt terræn. Der er også gode landingssteder, men de er ikke ret store, og man skal sigte godt for at ramme et egnet område. Vi taler i bedste fald om snese af kvadratkilometer og slet ikke mange hundrede kvadratkilometer.

Månen bagside skorpe Jorden NASA højdeforskelle

Her ses de meget store højdeforskelle, der er mellem den side af Månen som vender mod Jorden og bagsiden – det hænger i høj grad sammen med, at skorpen er tykkest på bagsiden. (Illustration: Wikimedia Commons/Mark A. Wieczorek)

Måske kan Chang’e 4 bryde gennem skorpen

Det udvalgte landingssted er Von Kármán-krateret på den sydlige halvkugle. Det er valgt af to grunde:

  1. Kraterbunden er usædvanligt flad 
  2. Krateret er en del af det meget større South Pole Aitken Basin (normalt forkortet SPA)

SPA er med en diameter på 2.500 kilometer det største krater på hele Månen. Det er geologisk set meget vigtigt, fordi det er over 13 km dybt.

Det er faktisk så dybt, at krateret temmelig sikkert er brudt gennem skorpen og ned til den underliggende kappe.

Det store håb er derfor, at Chang’e 4 kan komme til at analysere materiale, som aldrig har været en del af skorpen.

Så mærkeligt nok er det lettere at bryde gennem skorpen på bagsiden end på forsiden, og det skyldes ene og alene SPA, som i stor udstrækning ligger på bagsiden.

Kineserne har langsigtede planer for Månen

Chang’e 4 er et ambitiøst projekt, men det er kun et led i en langsigtet plan om at sende mennesker til Månen omkring 2030.

På en konference i Beijing tidligere i år har Kina fortalt om de kommende planer. Det næste store skridt er at indsamle prøver af Månens overflade og bringe dem tilbage til Jorden. Det skal ske allerede næste år med Chang’e 5.

Derefter kommer to yderligere flyvninger, der tydeligt viser, at Kina har langsigtede planer for Månen. De to flyvninger skal gå til henholdsvis det sydlige og det nordlige polarområde:

  • Med flyvningen til det sydlige polarområde skal man især studere, hvordan solvinden påvirker Månen. Solvinden fører blandt andet isotopen Helium-3 til Månens overflade, hvor det blandes op med støvet og klipperne. En sådan undersøgelse leder tanken hen på en mulig udvinding af Helium-3 fra Månens overflade til brug for fusionskraftværker.
  • Flyvningen til det nordlige polarområde skal koncentrere sig om at finde is på steder, som altid ligger i skygge, og hvor temperaturen derfor er meget lav, ned til -180 grader. Isen kan let spaltes til ilt og brint, der er de to mest effektive raketbrændstoffer, man kender. Det åbner muligheden for at tanke rumskibe op på Månen.

Tiden vil vise, hvilken type base kineserne bygger

I alle tilfælde er det en god ide at lægge baser i polarområderne, hvor Solen altid står lavt.

I områderne nær ækvator stiger temperaturen i løbet af den 2 uger lange dag til over 100 grader, og det er noget af en udfordring at klare en så høj temperatur, især hvis man også skal bevæge sig rundt på Månen.

Måske omkring 2030 kan vi så vente de første kinesere på Månen, sandsynligvis med det helt klare formål at bygge en base.

På det tidspunkt skulle der være samlet så mange data ind, at man kan afgøre, om der skal satses på en rent videnskabelig base, eller om der er mulighed for at begynde at oprette en form for industri på Månen.

Holland er med – men ikke til Månen

Relæsatellitten Queqiao har andre opgaver end bare at sørge for, at landingssonden Chang’e 4 kan tale med Jorden.

Den 425 kilo tunge satellit medbringer en hollandskbygget radioantenne, der kaldes NCLE ('The Netherlands Chinese Low-Frequency Explorer').

NCLE er et ganske avanceret projekt, der udnytter, at Månen blokerer for radiosignaler fra Jorden. Det gør det meget lettere at studere svage radiobølger fra det fjerne univers, men der er også en anden grund.

Den hollandske professor Heino Falcke udtrykker det således:

»Her fra Jorden kan vi ikke studere radiobølger med frekvenser under 30 MHz, da de blokeres af atmosfæren. Da det især er disse frekvenser, som indeholder oplysninger om det tidlige univers, ønsker vi at foretage målinger i dette område.«

Der venter sikkert nogle overraskelser

Området går fra 80 kHz til 80 Mhz, svarende til bølgelængder på mellem 3,75 m og 3,75 km.

Hvad, der kommer til os fra universet med så store bølgelængder, er næsten ikke udforsket af astronomerne – så der venter sikkert nogle overraskelser.

Her er Kina – og Holland – langt fremme, for det er jo en gammel ide at bygge et radioobservatorium på Månens bagside, netop for at undgå både radiostøj fra Jorden og Jordens atmosfære. Især de astronomer, der lytter efter signaler fra andre civilisationer, drømmer om et sådant observatorium.

Der er lang vej endnu, men NCLE er i hvert fald et første skridt.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.