Månens opprinnelse, utvikling og

sammensetning

Prøveforelesning19. desember 2006

Camilla Sætre

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: 356 400 km; Lengst unna: 406 700 km• Albedo: 0,07• Overflatetemperatur ekvator: minimum -170oC

maksimum +123oC(kaldeste temperatur på månen -233oC)

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.

Great-impact teorien

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 (?)

Animasjon fra ESA-web

4,5 milliarder år siden

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

Månens utvikling (2)Den historiske evolusjonen av nærsiden av månen (Wilhelms & Davis, 1971)

a) Før ca 3,9 milliarder år siden; Mange kratre etter en voldsom periode med mange meteoritter. Noen små tilfeller av vulkanaktivitet.

b) 3,9-2,9 milliarder år siden; Færre meteorer, og de store kratrene på nærsiden av jorden ble oversvømt av mare basalter.

c) Fra ca. 3 milliarder år siden til i dag; Lite vulkanaktivitet, og de terrengformende prosessene var mest sporadiske meteorittnedslag.

a) b) c)

Månens sammensetningMånens 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 Regolitt

Mikrometeoritter → pulverisert steinene på måneoverflatenRegolitt består av enkle mineralkorn, steinfragmenter og glass.Regolittykkelse: 2-8 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.

Månens sammensetningMaria (latin for sjøer)

Sjøene på månen er vulkaniske, med basaltsteiner rike på jern og magnesium.

Mye jern → mørk fargeSjøene er ca 100 km tykke, og veldig massive.

Stillhetens hav

31 % av månens framside er dekket av mørke sjøer.Kun 2 % av baksiden er sjøer.

Fortsettelse Maria... Basalt- 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 steinmeteornedslag → sprekker i måneskorpen→ smeltet magma steg til overflaten og bredte seg utover i kratrene

Sandprøve fra Apollo 17

Stein fra Arizona med pyroksen (svart) og olivin (grønn)

Månens sammensetningTerrae

- 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)

Anortositt: inneholder >90% plagioklas feltspat

Strekke seg etter månen...

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

Galileos tegning av månen for ca 400 år siden

Månen er jordens eneste naturlige satellitt og er opphav til beundring, myter og nysgjerrighet.

Tidslinje:1959Luna 1 (USSR) - Jan 2Pioneer 4 (USA) - Mar 3Luna 2 (USSR) - Sep 12Luna 3 (USSR) - Oct 4 1961Ranger 1 (USA) - Aug 23Ranger 2 (USA) - Nov 181962Ranger 3 (USA) - Jan 26Ranger 4 (USA) - Apr 23Ranger 5 (USA) - Oct 181963Luna 4 (USSR) - Apr 21964Ranger 6 (USA) - Jan 30Ranger 7 (USA) - Jul 281965Ranger 8 (USA) - Feb 17Ranger 9 (USA) - Mar 21Luna 5 (USSR) - May 9Luna 6 (USSR) - Jun 8Zond 3 (USSR) - Jul 18Luna 7 (USSR) - Oct 4Luna 8 (USSR) - Dec 31966Luna 9 (USSR) - Jan 31Luna 10 (USSR) - Mar 31Surveyor 1 (USA) - May 30Lunar Orbiter 1 (USA) - Aug 10Luna 11 (USSR) - Aug 24

Luna 12 (USSR) - Oct 22 (1966)Lunar Orbiter 2 (USA) Luna 13 (USSR) - Dec 211967Lunar Orbiter 3 (USA) - Feb 4Surveyor 3 (USA) - Apr 17Lunar Orbiter 4 (USA) - May 8Lunar Orbiter 5 (USA) - Aug 1Surveyor 5 (USA) - Sep 8Surveyor 6 (USA) - Nov 71968Surveyor 7 (USA) - Jan 7Luna 14 (USSR) - Apr 7Zond 5 (USSR) - Sep 15Zond 6 (USSR) - Nov 10Apollo 8 (USA) - Dec 211969Apollo 10 (USA) - May 18Luna 15 (USSR) - Jul 13Apollo 11 (USA) - Jul 16Zond 7 (USSR) - Aug 7Apollo 12 (USA) - Nov 141970Apollo 13 (USA) - Apr 11Luna 16 (USSR) - Sep 12Zond 8 (USSR) - Oct 20Luna 17 (USSR) - Nov 101971Apollo 14 (USA) - Jan 31Apollo 15 (USA) - Jul 26Luna 18 (USSR) - Sep 2Luna 19 (USSR) - Sep 28

1972Luna 20 (USSR) - Feb 14Apollo 16 (USA) - Apr 16Apollo 17 (USA) - Dec 71973Luna 21 (USSR) - Jan 81974Luna 22 (USSR) - Jun 2Luna 23 (USSR) - Oct 281976Luna 24 (USSR) - Aug 141990Galileo (USA) – 8 Des 1990 og 1992 Hiten (Japan) - 24 Jan 1994Clementine (USA) - 25 Jan1997Lunar Prospector (USA) - 23 Nov AsiaSat 3/HGS-1 (China) - 24 Dec 2001SMART 1 (European Space Agency) 2007Lunar-A (Japan) Selene – (Japan) Chang’e1 (China) 2008Chandrayaan (India)Lunar Reconnaissance Orbiter (USA) 20??Moonrise (USA) Source: National Space Science Data Center

Ekspedisjoner til månen – fra 1959 til 1976

Luna 1959-1976 og Zond 1965-1970 (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 1962-1965 (USA)Det første romprogrammet for USA rettet mot månen. Ranger ekspedisjonene bidro med bilder av månen.

Lunar Orbiter 1966-1967 (USA)Fotograferte 99% av månen med oppløsning på minst 60 m, for kartlegging før de planlagte Apollo landingene. Surveyor 1966-1968 (USA)Landet på månen og undersøkte om terrenget på månen var trygt for bemannede landinger.

Ekspedisjoner til månen – bemannede romferder

Apollo 1968-1972 (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.

Ekspedisjoner til månen – nyere årGalileo (USA)Fløy forbi og fotograferte månen i 1990 og i 1992.

Hagoromo/Hiten (Japan) - 1990Første månefarkost som ikke var fra USA eller Sovjet. Eksperimentet var hovedsaklig test av baneteknikker.

Clementine (USA) - 1994Avbildet 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) – 1997Gikk 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.

AsiaSat3/HGS-1 (Kina) – 1997Kommersiell kommunikasjonssatellitt som tilfeldigvis kom til månen

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

Planlagte ekspedisjoner til månenLunar-A (Japan) – 2007Avbilding 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) – 2007Observere 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 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.

OppsummeringMånens ulike karakteristikker

• Tørrhet• Mangel på liv• Mangfold• Historisk utvikling• Forvitring av overflaten

Vitenskapelige mål for månen

• Planetær vitenskap• Geologisk historie til jorden• Solens historie• Plattformvitenskap• Astronomi og astrofysikk• Utskytingsrampe

Referanser:

• ESAs hjemmesider (http://sci.esa.int/)• NASAs hjemmesider (http://www.nasa.gov/)• http://en.wikipedia.org• 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• http://www.isro.org/chandrayaan-1/• http://www.cmf.nrl.navy.mil/clementine/•The planets – Moon, BBC Worldwide Ltd. 1999

Takk for oppmerksomheten...