Ανάμεσα στην πληθώρα εορταστικών άρθρων που δημοσιεύουμε με αφορμή την 50η επέτειο της προσελήνωσης του Apollo 11, αξίζει να αφιερώσουμε και μερικές αράδες για τον τρόπο με τον οποίο όλες οι αποστολές Apollo εμπλούτισαν τις επιστημονικές μας γνώσεις για τη Σελήνη και μας έκαναν να αναθεωρήσουμε ακόμα και τα φιλοσοφικά σενάρια για μία προνομιούχα θέση στο Σύμπαν. Από πολύ παλιά στην ιστορία του ανθρώπινου ταξιδιού προς τη γνώση, η Σελήνη αποτελούσε αντικείμενο θαυμασμού για όσους σήκωναν τα μάτια τους στον έναστρο ουρανό. Οι πρώτες αποτυπωμένες προσπάθειες μελέτης της Σελήνης ως φυσικού σώματος, δηλαδή ως ενός όγκου ο οποίος έχει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά στην επιφάνεια και τη δομή του, αποδίδονται στο Γαλιλαίο, ο οποίος το 1610, έγινε ο πρώτος που παρατήρησε το ανάγλυφο της επιφάνειας του δορυφόρου μας. Εκεί, μπόρεσε να δει θαυμάσιους σχηματισμούς που στα μάτια του είχαν τη μορφή πεδιάδων, λιμνών, βουνών και κρατήρων, χωρίς βέβαια να έχουν κάποια σχέση με τους αντίστοιχους, γνωστούς στη Γη γεωμορφολογικούς σχηματισμούς. Και αυτή ήταν ίσως η πρώτη επιστημονικά θεμελιωμένη απόπειρα της ανθρωπότητας να εξετάσει σε βάθος το ανάγλυφο της λευκής φωτεινής μπάλας που στολίζει τον ουρανό μας τις ανέφελες νύχτες και καταγράφηκε στο Selenographia του 1647.

Οι σχηματισμοί αυτοί πράγματι υπάρχουν, αλλά δεν μπορούσαν να δικαιολογηθούν με τις τότε γνώσεις μας για την επιφάνεια της Σελήνης. Πριν τα Apollo, η θεωρία δημιουργίας του μόνου φυσικού μας δορυφόρου ήταν αντικείμενο απεριόριστων εικασιών. Η αποστολή αυτή, αιώνες μετά από τις παρατηρήσεις του Γαλιλαίου, έφερε την επανάσταση, όχι μόνο στο πώς δημιουργήθηκε η Σελήνη, αλλά και στο πώς συνέχισαν έκτοτε να εξελίσσονται οι φυσικές διεργασίες στο εσωτερικό και στην επιφάνειά της. Ουσιαστικά δηλαδή, η κατάκτηση της Σελήνης πραγματοποιήθηκε με τη σειρά των αποστολών Apollo. Το όλο πρόγραμμα προέβλεπε την εκτόξευση έντεκα διαστημοπλοίων, από τα οποία τα δύο πρώτα θα ήταν δοκιμαστικά, με σκοπό τη βελτίωση της κατασκευής, την προσέγγιση της Σελήνης, την πραγματοποίηση μερικών περιφορών γύρω της και την επιστροφή τους χωρίς προσεδάφιση. Τα επόμενα θα προσεδαφίζονταν ομαλά, δύο από τους τρεις αστροναύτες του καθενός θα κατέβαιναν στη σεληνιακή επιφάνεια, θα έπαιρναν δείγματα πετρωμάτων και φωτογραφίες, θα εγκαθιστούσαν διάφορα αυτοματοποιημένα όργανα και θα επέστρεφαν στη Γη. Η κατάκτηση έγινε στις 21 Ιουλίου του 1969 με τους αστροναύτες Armstrong, Aldrin και Collins, ενώ τα ταξίδια συνεχίστηκαν μέχρι το Apollo 17.

Θα ήταν ανακριβές να απομονώσουμε μόνο το Apollo 11 από τα επιστημονικά επιτεύγματα όλων των ομώνυμων αποστολών. Και αυτό, γιατί κάθε προηγούμενη αποστολή συνετέλεσε στην επιτυχία του Apollo 11. Για παράδειγμα, το 8 έλεγξε τα συστήματα τηλεπικοινωνιών, το 9 βεβαίωσε πως το πιλοτήριο και ο προσεληνωτής ήταν λειτουργικά, ενώ το 10 αποτέλεσε μία δοκιμαστική αποστολή χωρίς έξοδο των αστροναυτών από το όχημα. Επομένως λοιπόν, τα μαθήματα που παίρνουμε έρχονται συνολικά από όλες τις αποστολές Apollo και σίγουρα δεν μπορούμε να ξεχωρίσουμε κάποια από αυτές στη συνεισφορά τους στην επιστήμη. Παράλληλα, το Apollo 11 ήταν τόσο θρίαμβος για τη μηχανική των διαστημικών αποστολών, όσο και για την επιστήμη. Στα πλαίσια αυτής της συντονισμένης προσπάθειας, που περιλάμβανε τη συνεργασία πολλών επιστημονικών πεδίων, οι 3 αστροναύτες εγκατέστησαν την αμερικανική σημαία στην επιφάνεια, μίλησαν στον πρόεδρο Nixon και συνέλεξαν πετρώματα ώστε να τα επιστρέψουν στη Γη. Και αυτά, μέσα σε μία ακτίνα 100.5 μέτρων από το σημείο προσελήνωσης. Η  επιστήμη που έγινε “on the spot”, συνίστατο στο να μπουν τα θεμέλια και στην προκειμένη περίπτωση ο εξοπλισμός, για το σεισμομετρικό πρόγραμμα PLSE και η εγκατάσταση μίας ανακλαστικής επιφάνειας για μέτρηση αποστάσεων με τη βοήθεια laser. Το πείραμα που εκτελέστηκε επάνω στη σεληνιακή επιφάνεια ήταν η μελέτη των τροχιών των σωμάτων, ώστε να δούμε εάν αυτές ταιριάζουν στις προβλέψεις μας.

Εύρημα 1: Η προέλευση της Σελήνης και των γήινων πλανητών

… από φωτογραφίες

Η πρώτη μας ανακάλυψη μας λέει ότι η ιστορία δημιουργίας της Σελήνης είναι κοινή για όλους τους πλανήτες. Το τεράστιο αρχείο σεληνιακών κρατήρων από προσκρούσεις μετεωριτών, όταν αντιστοιχίζεται σε ηλικίες πετρωμάτων, μας παρέχει πληροφορίες για τη γεωλογική εξέλιξη και των υπόλοιπων γήινων πλανητών (Ερμής, Αφροδίτη, Άρης). Με άλλα λόγια, οι γεωλογικές εκτιμήσεις που σήμερα μπορούμε να κάνουμε για αυτούς τους πλανήτες χρησιμοποιώντας απλές φωτογραφίες, βασίζονται κατά μεγάλο μέρος στις πληροφορίες που μας παρείχε το Apollo. Πριν από αυτό, οι ΗΠΑ, με το πρόγραμμα Lunar Orbiter και η ΕΣΣΔ με τα διαστημόπλοια τύπου Λούνα είχαν ήδη χαρτογραφήσει λεπτομερώς την επιφάνεια της Σελήνης. Ωστόσο, οι φωτογραφίες που ελήφθησαν από τη σουηδικής κατασκευής κάμερα Hasselblad του Apollo 11 μας επέτρεψαν να εξερευνήσουμε νέα σεληνιακά τοπία και να διακρίνουμε με, απαράμιλλη για την εποχή ακρίβεια, πως το σεληνιακό έδαφος χαρακτηρίζεται από κρατήρες, υψίπεδα, οροσειρές, χαράδρες, ρωγμές και ακτινωτές περιοχές.

… από πετρώματα

Η ηλικία των σεληνιακών πετρωμάτων κυμαίνεται από 3.2 δισεκατομμύρια χρόνια στους σκοτεινούς πυθμένες των κρατήρων μέχρι 4.6 δισεκατομμύρια χρόνια στα φωτεινά υψίπεδα που μπορούμε με ευκολία να διακρίνουμε. Το δεδομένο αυτό ενίσχυσε τη θεωρία ότι η διάβρωση που συνεχώς μεταβάλλει τις επιφάνειες στη Γη, απουσιάζει σχεδόν συνολικά από τη Σελήνη.

Η Σελήνη και η Γη δημιουργήθηκαν από διαφορετικές αναλογίες ύλης, η οποία όμως προέρχεται από το ίδιο πρωτοπλανητικό νέφος, με άλλα λόγια, από την ίδια δεξαμενή υλικού που γέννησε το ηλιακό μας σύστημα! Οι πρώτες επιτόπιες χημικές αναλύσεις δειγμάτων του σεληνιακού εδάφους έγιναν το 1967 από τα Surveyor 5, 6 και 7 που πήραν πολλές χιλιάδες φωτογραφίες και ανέσκαψαν το έδαφος. Τότε έγινε και η πιο ευρεία μελέτη της σύστασης του σεληνιακού εδάφους, σύμφωνα με την οποία τα σεληνιακά πετρώματα αποτελούνται από πυρίτιο, ασβέστιο και μαγνήσιο. Ήδη 2 χρόνια πριν την προσεδάφιση του Apollo 11, γνωρίζαμε ότι η σύσταση του σεληνιακού εδάφους στις περιοχές προσεδαφίσεως μοιάζει με αυτή του γήινου εδάφους σε περιοχές με αργιλοαμμώδη σύνθεση. Επάνω στα δείγματα του Apollo 11 ωστόσο, έγινε μία ακόμη πιο λεπτομερής μελέτη όπου ανιχνεύθηκαν παρόμοια ισότοπα οξυγόνου στα πετρώματα της Σελήνης και της Γης, γεγονός που επιβεβαίωσε οριστικά την κοινή τους καταγωγή.

Σήμερα, η πιο πιθανή θεωρία με βάση τα αποτελέσματα των Apollo και των επόμενων αποστολών, είναι ότι ένας πλανήτης – περίπου στο μέγεθος του Άρη – με το όνομα Θεία, συγκρούστηκε με τη Γη, δημιουργώντας ένας μεγάλο δακτύλιο σκόνης, ο οποίος συμπυκνώθηκε αργότερα και σχημάτισε το Φεγγάρι μας.

Εύρημα 2: Δεν υπάρχει ζωή στη Σελήνη

Μπαίνοντας τώρα “στα νερά” της θαυμαστής επιστήμης της Αστροβιολογίας, βρήκαμε ότι η Σελήνη, αν και τόσο κοντά στη Γη, δεν έχει κανένα ίχνος ζωής, απολιθωμάτων ή οργανικών ενώσεων, αλλά ούτε είχε και κάποια στιγμή στο παρελθόν. Ακόμα και μη-βιολογικές οργανικές ενώσεις απουσιάζουν σχεδόν παντελώς, ενώ τα μικρά ίχνη που βρήκαμε αποδίδονται σε “επιμόλυνση” από μετεωρίτες που προσέκρουσαν στην επιφάνεια.

Εύρημα 3: Παλιά, η Σελήνη φιλοξενούσε ηφαίστεια

και η επιφάνειά της αποτελείται από βασάλτες, ανορθωσίτες και λατυποπαγή. Οι βασάλτες είναι σκούρα ηφαιστειακά πετρώματα που γεμίζουν τους πυθμένες των κρατήρων. Γενικά μοιάζουν, αλλά είναι πολύ παλιότερα, από τα ηφαιστειακά πετρώματα που συνθέτουν τον ωκεανικό φλοιό στη Γη. Οι ανορθωσίτες είναι ανοιχτόχρωμα πετρώματα από τα οποία φτιάχνονται τα σεληνιακά υψίπεδα. Τα λατυποπαγή είναι σύνθετα πετρώματα που φτιάχνονται από άλλους τύπους μέσω τήξης κατά την πρόσπτωση μετεωριτών. Η απόρροια αυτών των ευρημάτων είναι ότι η Σελήνη δεν έχει αμμόλιθους, ασβεστόλιθους ή σχιστόλιθους, πετρώματα δηλαδή που να μαρτυρούν την ανάμιξη του νερού σε διεργασίες στο σεληνιακό έδαφος στο παρελθόν. Μπορούμε ωστόσο να δούμε σημάδια παρελθούσας ηφαιστειακής δραστηριότητας στο φεγγάρι μας. Οι μεγάλες, σκούρες λεκάνες στη Σελήνη, όπως η Θάλασσα των Βροχών είναι γιγάντιοι κρατήρες που προήλθαν από πρόσπτωση μετεωρίτη. Τέτοιοι κρατήρες, μπορούμε σήμερα να δούμε ότι γέμισαν λάβα που χρονολογείται πριν από 3.2-3.9 δισεκατομμύρια χρόνια και είναι υπεύθυνη μάλιστα για το σχηματισμό πολύχρωμων πυριτικών ορυκτών. Έτσι, γνωρίζουμε ότι κάποτε η Σελήνη ήταν ηφαιστειακά ενεργή.

Εύρημα 4: Η Σελήνη δεν είναι σφαιρική

Η Σελήνη δεν είναι απολύτως συμμετρική, πιθανότατα λόγω της επιρροής του βαρυτικού πεδίου της Γης επάνω της. Ο φλοιός της είναι πιο χοντρός στην πλευρά που “βλέπει μακριά” από τη Γη, ενώ οι περισσότερες ηφαιστειακές λεκάνες βρίσκονται στην εγγύτερη προς εμάς πλευρά. Με άλλα λόγια, η μάζα δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη. Μεγάλες συγκεντρώσεις υλικού βρίσκονται κάτω από την επιφάνεια των λεκανών αυτών, με αποτέλεσμα το κέντρο βάρους της Σελήνης να είναι πιο μετατοπισμένο προς τη Γη σε σχέση με το γεωμετρικό της κέντρο.

Εύρημα 5: Η ιστορία του Ήλιου φαίνεται στη Σελήνη

Η επιφάνεια της Σελήνης καλύπτεται από μία πολύ λεπτή σκόνη και θραύσματα ορυκτών, με το όνομα “σεληνιακός ρηγόλιθος”. Επάνω σε αυτόν είναι “αποτυπωμένο” το ιστορικό της ηλιακής δραστηριότητας που είναι μείζονος σημασίας για την κατανόηση των κλιματικών αλλαγών στη Γη. Ο ρηγόλιθος παράχθηκε από αμέτρητες προσκρούσεις μετεωριτών κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών. Έτσι, τα επιφανειακά ορυκτά εμπλουτίστηκαν με χημικά στοιχεία και τα ισότοπα που βρήκαμε, μαρτυρούν πώς επέδρασε η ηλιακή ακτινοβολία επάνω τους. Επομένως στο φεγγάρι μας, μπορέσαμε να βρούμε 4 δισεκατομμύρια χρόνια καταγεγραμμένης ηλιακής ιστορίας σε τέτοιο βαθμό πληρότητας, που δεν έχουμε καταφέρει να βρούμε πουθενά αλλού.

Εύρημα 6: Η Σελήνη είναι σεισμικά ενεργή

Με τη βοήθεια του σεισμομετρικού οργάνου PLSE (Passive Lunar Seismic Experiment), που εγκαταστάθηκε από το Apollo 11 και συντηρήθηκε μέχρι το 1977 από τα Apollo 12,14,15 και 16 μάθαμε ότι οι εσωτερικές διαστρωματώσεις της Σελήνης είναι παρόμοιες με αυτές της Γης. Για την ακρίβεια, ανιχνεύσαμε σεισμούς διαφόρων τύπων. Οι σεισμοί αυτοί προέρχονταν συνήθως είτε από τις παλιρροιογόνες και ελαφρά διατμητικές δυνάμεις που ασκεί η Γη στη Σελήνη και οδηγούσαν σε βαθείς σεισμούς που συνέβαιναν ομαδικά, είτε από τεκτονικές κινήσεις που οδηγούσαν σε επιφανειακούς αλλά ισχυρούς σεισμούς.

Από τον τρόπο διάδοσης των σεισμικών κυμάτων, είδαμε ότι η Σελήνη διαθέτει ένα παχύ φλοιό διαμέτρου περίπου 60 km, μία λιθόσφαιρα που είναι σχετικά ομογενής, μία μερικώς υγρή ασθενόσφαιρα και έναν πυρήνα. Η ύπαρξη κάποιου στέρεου πυρήνα μέχρι πολύ πρόσφατα ήταν αντικείμενο έρευνας. Από πετρώματα εικάζουμε ότι ίσως υπήρξαν μαγνητικά πεδία στο παρελθόν ως αποτελέσμα κάποιου παραμαγνητικού (πχ. σιδηρούχου) πυρήνα, αλλά η Σελήνη δεν έχει μαγνητικό πεδίο σήμερα. Ωστόσο, σε επανανάλυση των σεισμικών δεδομένων του Apollo το 2010 με πιο ακριβείς μεθόδους, βρέθηκε ότι η Σελήνη διαθέτει ένα μικρό σιδερένιο πυρήνα ακτίνας 330 km.

Αυτή είναι όμως η μισή αλήθεια. Μέρος των σεισμών που καταγράφησαν ήταν και σεισμοί που προέρχονταν από προσκρούσεις μετεωριτών. Τα σεισμικά κύματα, όταν διαδίδονται σε ένα μέσο που αποτελείται από διαφορετικά υλικά, σκεδάζονται, με άλλα λόγια, αλλάζουν κατεύθυνση και χάνουν ενέργεια. Πιο βαθιά από τον φλοιό, η σκέδαση δε βρέθηκε να είναι τόσο έντονη, λόγω της αυξημένης πίεσης και της διαφορετικής σύστασης. Όταν όμως φτάναμε στα 1000 km βάθος, τότε η σκέδαση πάλι αυξανόταν. Ο βαθμός στον οποίο τα σεισμικά κύματα σκεδάζονται σε κάθε βάθος, συνδέεται στην πραγματικότητα με το υλικό στο οποίο διαδίδονται. Επομένως, αυτή η ενδιαφέρουσα ιδιότητα των κυμάτων, μας επέτρεψε να ρίξουμε φως, όχι μόνο στο πώς είναι οι διαστρωματώσεις στο εσωτερικό της Σελήνης, αλλά και στη σύστασή τους.

[1] https://airandspace.si.edu/explore-and-learn/topics/apollo/apollo-program/apollo-results/

[2] An artist’s rendering of the lunar core as identified in new findings by a NASA-led research team. (NASA/MSFC/Renee Weber)
[3] Αστρονομία για όλους, Dr. Πέτρος Εμμ. Ροβίθης, Εκδόσεις Ωρόρα

[4] https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/apollo/apollo_11/experiments/pse/