A Hold Plachy Emese MTA CSFK CSI CSILLAGÁSZATI ALAPTANFOLYAM 2013
A HOLD AZ ÓKORBAN Mezopotámia: fogyatkozások ciklikussága Ókori görögök: Szeleukosz: árapály és a Hold kapcsolata Anaxagorasz: égi kő melyet a Nap világít meg (börtön, száműzetés) Arisztotelész: földi és égi szférák határolója Középkorig ható elmélet Arisztarkhosz: Nap és Hold relatív távolsága Φ = 87 -> 20x valójában 89,8 -> 390x Ptolemaiosz (Almagest) : egész pontos érték a méretre és távolságra
NAPTÁRAK Holdfázisok jól nyomonkövethetőek 354.37 Évszakok/csillagok szintén 12 holdhónap (354.57 nap) < 1 év (365.2423 nap) Legtöbb naptár luniszoláris (volt) Kínai, hindu, héber, etc. szökőnapok/hónapok beiktatása Tiszta holdnaptár: iszlám 11-12 nappal rövidebb év ~ 33 évenként ér körbe a napévhez képest Hónap kezdete: újhold, telihold, első holdsarló Japán luniszoláris naptár
A HOLD ÉS A TÁVCSÖVEK 1609 Galilei: kráterek felfedezése Vele egyidőben Thomas Harriott is Publikálatlan vázlatok 1647, Hevelius: Selenographia Első mű kizárólag a Holdról 1651, Giovanni Battista Riccioli Almagestum Novum Mai elnevezések eredete Mare és fő kráter nevek
AZ ÉLŐ HOLD? Élőlények, vegetáció a Holdon? 19. sz. elejéig széles körben elfogadott nézet Mare területek tengerek? 1837 Beer, Mädler: holdatlasz illetve könyv Se légkör, se élet
FIZIKAI TULAJDONSÁGOK Egyenlítői átmérő: 3476,2 km Poláris átmérő: 3472,0 km (27% Földátmérő) Lapultság: 0,0012 (Föld:0,0033) Tömeg: 7,347 673 1022 kg (1,2% Földtömeg) Átlagos sűrűség: 3344 kg/m3 (Föld:5515 kg/m3) Felszíni gravitációs gyorsulás: 1,62 m/s2 (1/6 g)
PÁLYAADATOK Földközel (perigeum): 363 104 km Földtávol (apogeum): 405 696 km Közepes földtávolság (fél nagytengely): a = 384 400 km / látszó átmérő ~ Napé, 31,5' / Pálya excentricitása: e = 0,055 Közepes pályasebesség: 1 km/s Pálya ekliptikával bezárt szöge (inklináció): i = 5 holdpálya és Egyenlítő szöge 18,5 és 28,5 között változik Tengelyferdeség: 6,7
A HOLD MOZGÁSA Keringési periódus: 27,32 nap = SZIDERIKUS HÓNAP állócsillagokhoz képest, direkt irányba Forgási periódus: 27,32 nap kötött keringés következmény mindig ugyanazt az oldalát látjuk valójában 59% okok: - pálya nem esik az ekliptikába: alulról v. felülről látunk rá (szélességi libráció) - tengelyforgás egyenletes, keringési sebesség nem átlátunk a túlsó félgömb szegélyére (hosszúsági libráció) (Kepler II.tv.):
A HOLD MOZGÁSA SZINODIKUS HÓNAP: 29,53 nap hosszabb, mint a sziderikus hónap újholdtól újholdig egy holdi nap: a Nap két delelése között eltelt idő a Holdon mialatt a Hold megkerüli a Földet, a Föld pályáján is előrehalad 5
A HOLD MOZGÁSA DRAKONIKUS HÓNAP: 27,21 nap, míg a felszálló csomóból újra a felszálló csomóba ér csomóregresszió: a csomóvonal a Nap gravitációs hatására retrográd irányba forog, P = 18,6 év földtengely nutációs mozgása fogyatkozási év: 346,62 nap míg a Nap újra a Hold felszálló csomójában látszik (rövidebb mint egy év, a csomópont lemarad)
A HOLD MOZGÁSA kiegészítés: ANOMALISZTIKUS HÓNAP: 27,55 nap perigeumból perigeumba hosszabb mint egy sziderikus hónap ok: pályaellipszis direkt irányú forgása, P ~ 8,9 év TROPIKUS HÓNAP: ~ 27,32 nap tavaszponthoz való visszatérés kicsit rövidebb, mint egy sziderikus hónap ok: tavaszpont lassú vándorlása
A HOLD FÉNYVÁLTOZÁSAI újhold első negyed telihold utolsó negyed újhold könnyen észlelhető, periodikus jelenség időszámítás alapja saját fénye nincs, a bolygókhoz hasonlóan a Napról visszavert fénnyel világít látszó fényessége a holdfázisok szerint erősen ingadozik ( 2.5m -től 12.9m ig) hamuszürke fény: újhold körüli napokban a Föld megvilágított részéről a Holdra visszaverődő napfény okozza
FOGYATKOZÁSOK holdfogyatkozás teljes holdfogyatkozás: Hold egésze teljes árnyékban részleges holdfogyatkozás: Hold egy része teljes árnyékban penumbrális holdfogyatkozás: Hold félárnyékban (alig észrevehető) napfogyatkozás teljes napfogyatkozás: megfigyelő teljes árnyékban részleges napfogyatkozás: megfigyelő félárnyékban gyűrűs napfogyatkozás: megfigyelő árnyékkúpon túl, Hold földtávolban
TELJES NAPFOGYATKOZÁSOK www.suntrek.org
FOGYATKOZÁSI CIKLUSOK SZÁROSZ babiloni elnevezés šar = év, ciklus 1 szárosz : = 223 szinodikus hónap 6585 és 1/3 nap 19 fogyatkozási év 242 drakonikus hónap 239 anomalisztikus hónap ugyanaz a fogyatkozás visszatér, de (az 1/3 nap miatt) 120 -kal nyugatabbra 3 szárosz alatt majdnem ugyanoda tér vissza (300 km-rel délebbre) egy szárosz-sorozat (kb. 1200 1500 év) alatt az északi sarktól a déliig vándorol. sorozatokat számozzák: egyszerre kb. 40 ciklus van folyamatban
ÁRAPÁLY ERŐK árapály keltő erők: két pont között a gravitációs erő különbsége inerciarendszerbenn tömegközépponti rendszerben eredménye: árapály jelenség amplitúdója: 1 m óceánon 20 cm a szárazföldön földrajzi viszonyok miatt nagy helyi eltérések (15 métert is eléri: Nova Scotia, Fundy-öböl) 12
ÁRAPÁLY ERŐ SZÁMÍTÁSA A Nap hatása kb. fele a Holdénak:
ROCHE-HATÁR 1847 Roche Ft > Fg égitest szétszakad a konstans értéke függ az alaktól és a szakítószilárdságtól is gyűrűk eredete
ÁRAPÁLY ERŐK HATÁSAI árapály-fékezés: Föld forgásának lassulása 0,0023 s/évszázad Hold távolodása 3,8 cm/év fordított eset (beeső holdak): szinkronpályán belül van (Phobos) v. retrográd keringés (Triton) rezonanciák a forgás és a keringés között: 1:1 kötött tengelyforgás pl. Hold v. Plútó-Charon rendszer 2:3 rezonancia Merkúr árapály-fűtés: (árapály mozgás belső súrlódás fűtés) e 0 v. nem kötött forgás esetén hosszú távon más égitestek perturbáló hatására marad csak fenn (pl. Io rezonanciák)
ÁRAPÁLY ERŐK HATÁSAI árapály-fékezés: Föld forgásának lassulása 0,0023 s/évszázad Hold távolodása 3,8 cm/év fordított eset (beeső holdak): szinkronpályán belül van (Phobos) v. retrográd keringés (Triton) rezonanciák a forgás és a keringés között: 1:1 kötött tengelyforgás pl. Hold v. Plútó-Charon rendszer 2:3 rezonancia Merkúr árapály-fűtés: (árapály mozgás belső súrlódás fűtés) e 0 v. nem kötött forgás esetén hosszú távon más égitestek perturbáló hatására marad csak fenn (pl. Io rezonanciák)
LÉGKÖR ÉS MÁGNESES TÉR légköre gyakorlatilag nincsen terminátor vonaljellege csillagfedések: a Hold mögé kerülő csillag nem halványul csillag pozíciója változik enyhe fénytörés észlelhető oka: 1000 elektron/cm3 gázburok (~ földi exoszféra) tranziens jelenségek (egy terület felfénylése, elszíneződése elhomályosodása, elsötétülése) gázkiáramlások lehetnek hőleadást semmi sem akadályozza felszín alakulás érdekes jelenségek: fekete égbolt, nappal is látható csillagok, fény árnyék erős ellentéte, csend (hang nem terjed) saját mágneses tere sincsen napszél akadálytalanul bombázhatja a felszínét
POR ÉS IONOSZFÉRA Porszemcséket a napszél elektrosztatikusan feltölti taszítás Folyamatosan fel-le áramlik Ionoszférát is kialakítanak További ionizáció Napkelte-napnyugtakor látható (Lunar Horizon Glow)
Állatövi fény Lunar Horizon Glow Krepuszkuláris sugarak
HŐMERSÉKLET nagy hőingadozás: -160 C-tól +130 C-ig aprítja a felszín kőzetanyagát (inszoláció) a felszín feletti gázrészecskék hőmozgás következtében elérhetik a szökési sebességet (2,4 km/s) így ha volt is légkör a gyorsan elillanhatott (ma is tart) VÍZ JELENLÉTE feltételezés: felszín alatti nagy mennyiségű vízjég pólusokon (üstökösök, meteorok becsapódásával) víz jelenléte kőzetekben: radaros és spektrométeres vizsgálatokból Cassini, Deep Impact, Chandrayaan-1, LCROSS 2009 október meglepetés: vízmolekulák képződnek a napsütötte helyeken is!
A HOLD FELSZÍNE a felszínt rossz fényvisszaverő anyagok (nagyon sötét kőzetek) borítják átlagos albedó (fényvisszaverési koefficiens): 0,08 (~ Merkúr) két nagy morfológiai egység: világos felföldek: terrák (85%) sötét medencék: mare-területek (túlsó oldalon alig) (anortozit) (bazalt) kisebb struktúrák: kráterek, gyűrűs hegyek, hasadékvölgyek, dómok
FŐBB ALAKZATOK Magyar tudósokról elnevezett kráterek: Békésy György Bolyai János Eötvös Loránd Fényi Gyula Hell Miksa Hédervári Péter Izsák Imre Kármán Tódor Neumann János Petzval József Szilárd Leó Weinek László Zach Ferenc Xavér Zsigmondy Richárd
HOLDKŐZETEK 9 különböző területről származó kőzetminták elemzése, pálya körüli röntgen és gamma spektroszkópia mérések globális elemösszetétel ismert: sok Ti, Al, Ca, kevés alkálifém, illóanyagok, többi Si, Fe, Mg ~ földköpeny két nagy kőzettartomány: terra: ANORTOZIT holdkéreg lassú lehűlésével mare: BAZALT medencefeltöltés nagyobb sűrűségű anyag, differenciálódás során mélyebbre került, becsapódáskor jöhettek a felszínre gyorsan hűlt le keletkezett
HOLDKŐZETEK REGOLIT (holdpor) meteor becsapódások, napszél, kozmikus sugárzás, hőingadozás hatására felszíni kőzetanyag aprózódása 10-100 méter vastagságú rétegben laza törmelék 0,1-0,01 mm átmérő üvegszerű gömböcskék Apollo 11 BRECCSA gyakori megjelenési forma tömör kristályos kőzet szabálytalan törmelékdarabokból, melyeket holdpor köt össze becsapódás magas hőm. és nyomás hatására keletkezhetett
FELSZÍNI FORMÁK Eredet szerint: becsapódásos formák osztályozás: mérete lepusztultsági fok (kor) sajátos alakrajzi jellemző alapján kráterek medencék sugaras fénylő vonalak endogén eredetű formák: vulkanikus, tektonikus képződmények
KRÁTEREK méret: néhány száz km mikroszkópikus keletkezés: becsapódáskor az anyag megolvad, folyadékcseppként viselkedik kráterek fenekén: anortozit (holdkéreg) sáncmagasság : átmérő arány 1:7 (kisebb) -1:100 (nagyobb) átlagosan 1:15-1:20 peremén feltorlódott hegységgyűrű teraszos sáncfal központi csúcs v. csúcsok
KRÁTEREK nagyobb energiánál későbbi fázisban dermed meg gödörkráter < 20 km központi csúcsos 20 250 km központi gyűrűs 250-400 km többszörös gyűrűs medence > 400 km
MEDENCÉK nagyméretű becsapódások eredményei 4,2-3,8 md évvel ezelőtt bekövetkezett becsapódások ún. késői erős bombázás (elmélet: óriásbolygók migrációja miatt) átszakították a holdkérget, olvadéktömegek felszínre törtek és kitöltötték a medencéket viszonylag egyenletes felszín medencék peremén hegyláncolatok több koncentrikus hegységgyűrű kívül kirobbanó anyagtakaró másodlagos kráterek zónája túloldalon lávával ki nem töltött medencék: (thalasszoidok) magyarázat: vastagabb kéreg
DÉLI PÓLUS-AITKEN MEDENCE Legnagyobb becsapódásos medence Túlsó oldalon Lunar Orbiter program ~ 2500 km átmérő Holdi legmélyebb és legmagasabb pontok (-6, +8 km)
KORMEGHATÁROZÁS krátersűrűség alapján: öreg felföldek, fiatalabb medencék kőzetek radioaktív kormeghatározása: felföldek (holdkéreg): 100 mó évvel a Napr. keletkezése után szilárdult meg medencék aljzata (lávaelöntés) : 3,6-3,1 md éves
SUGARAS FÉNYLŐ VONALAK a messziről lineárisnak tűnő vonalak apró kráterekből állnak (másodlagos kráterek) a legutolsó fejlődési szakaszból származhat
ENDOGÉN EREDET: vulkanikus képződmények: bazaltlávával feltöltött medencék kis viszkozitású láva nem képződtek hegységek belőle, hanem takarók, folyásnyomok, alacsony kiemelkedések a vulkáni tevékenység 3 md éve megszűnt (azóta igen gyenge vulkanikus tevékenység megfigyelt "tranziens jelenség": valószínű gázkiáramlások) dóm vagy kúpszerű vulkáni formák, tetején vulkanikus kráterek szerkezeti mozgásokból származó: hasadékvölgy, szakadék, barázda holdrengések (Apollo expedíciók által megfigyelt)
HOLD FELÉPÍTÉSE szeizmikus mérések belső szerkezet föld felőli oldalon 60-70 km a másik oldalon 100 km vastag kéreg mare-területek felszínén 20 km bazalt, alatta 40-50 km anortozitos réteg terrák egésze anortozitos vasmagja nincs vagy kicsi masconok erős gravitációs rendellenességek űrszondák mozgásában jelentkezik (Ganymedesen is)
MAGMAÓCEÁN a Holdat kezdetben több 100 km vastag olvadt kőzetréteg borította lehűlés közben a könnyű földpátok (anortozit 90 %) felúsztak, a többi lesüllyedt felszíni olvadás lehetséges okai: intenzív meteorbombázás erős ősi napszél a kőzetben elektromos áramot indukál, ez fűti
A HOLD EREDETE TÉNYEK: vasmag nincs vagy kicsi sok magas olvadáspontú anyag kevés alacsony olvadáspontú anyag földköpeny összetételéhez hasonló (17O+18O)/16O izotóparány minden bolygóra más, de a Holdra és a Földre ugyanaz ELMÉLETEK Földdel együtt keletkezett vasmag hiánya Föld befogta mért hasonlít az összetétel? Földből szakadt ki spontán hasadás nem valószínű mai elfogadott modell Mars méretű ősbolygó (Theia) becsapódása kidobódott forró köpenyanyagból elszöktek az illók, vas már nem volt benne Hold kémia összetételét magyarázza
HOLDTÖRTÉNETI KORSZAKOK Prenectaris: 4,5 4,1 md éve ősi kéreg képződése, intenzív meteorbombázás Nectaris: 4,1 3,8 md éve nagy medencék kialakulása (kései erős bombázás) Imbrium: 3,8 3,2 md éve medencék lávaelöntése Eratosthenes: 3,2 1,2 md éve régi, lepusztultabb kráterek képződése Copernicus: 1,2 fiatal, sugársávos kráterek képződése
HOLDKUTATÁS TÖRTÉNETE térképek, topográfiai vizsgálatok 17. század: Galilei, C. Scheiner, holdbeli hegyek, kráterek távcsöves megfigyelések alapján készült rajzok J. Hevelius, G. B. Riccioli (ma is használatok elnevezések) 18.sz holdtájak finom részletei szelenográfia (Hold kartográfia kutatása) 1897 első fotografikus holdatlasz (M.Loewy P.H. Piusex) 1960-as évek lépték 1 : 1 000 000 Űrszondák, Apolló program: 1 : 100 000, 1 : 25 000 geológiai vizsgálatok tudományos eredmények a Hold eredetéről, fejlődéséről: Nagy Becsapódás elmélet vulkanizmus helyett becsapódások dominálnak
A HOLD ŰRSZONDÁS KUTATÁSA Szovjet-amerikai űrverseny Kezdeti szovjet sikerek : 1959 Luna-1: elrepül a Hold mellett Luna-2: becsapódik a Holdba Luna-3: lefényképezi a túlsó oldalt 1966 Luna-9: landol (porréteg) Luna-10 pályára áll a Hold körül USA programok 1961-65 Ranger: fényképezés 1966-67 Lunar Orbiter: fényképezés 1966-68 Surveyor: landolás
Surveyor-3 Surveyor-7
APOLLO PROGRAM Apollo Saturn-V Buzz Aldrin Holdkomp Holdjáró 35
APOLLO PROGRAM 12 ember a Holdon, 1969-72. 381,7 kg holdkőzet gyűjtése felszínén végzett mérések: szeizmikus e.m. vezetőképesség talajvizsgálatok napszél mérés műszerek kihelyezése
SZOVJET HOLDPROGRAM Emberes program sikertelen Automata Szojuzok (Zond-4-8) Proton rakéta csak körülrepülés Szinte mindnél problémák, emberre veszélyesek
SZOVJET HOLDPROGRAM N-1 rakéta: 4 sikertelen teszt, teljes titok 1990-ig Szojuz-holdkomp között űrséta
SZOVJET ŰRSZONDÁK Mintahozatal 3 sikeres: Luna-16, -20, -24 0,326 kg összesen Lunohod-1, -2 roverek Távirányítással, 47,5 km Luna-13 Luna-20 Lunohod-1
VISSZA A HOLDRA 70-es évek közepétől hirtelen megszakadt a kutatás Visszatérés: 1990, Japán: Hiten űrszonda '90-es évektől lassan újra beindul a Hold kutatása Clementine, Lunar Prospector (NASA), SMART-1 (ESA) Vízjég a Holdon? Örökké sötét kráterek a pólusokon Vannak pozitív eredmények (is)
Újabb célok: vízjég keresése a pólusok örökké sötét krátereiben térképezés emberes missziókhoz ásványi készletek felmérése feljettebb/kisebb eszközök bevetése, pl. HD-kamerák Ázsiai űrverseny : 2008-ban 3 aktív űrszonda a Holdnál: Kaguya (Japán), Chang'e-1 (Kína), Chandrayaan-1 (India) LCROSS amerikai visszatérés, Cabeus-kráterbe csapódás
Jelenleg aktív űrszonda: LRO (nagyfelbontású képek) GRAIL: gravitációs tér feltérképezése Előkészületben: LADEE (légkör, porburok) Landerek: Chang'e-3 Chandrayaan-2/Luna-Resurs, Luna-Glob Emberes visszatérés Távoli tervek...
MAGYAROK A HOLDON? Google Lunar X-Prize Rover építése és elküldése a Holdra 2014 végéig Magántőkéből 29 induló, köztük: Puli Space! pulispace.com