Když se kosmonauti vrátili z Měsíce a přivezli pestrou sbírku vzorků z jeho povrchu, zdálo se všechno jasné. V žádné hornině nebylo ani stopy po vodě a dokonce ani vodě, vázané v minerálech. Jenže kosmonauti nepřistáli v okolí pólů… Vědci se jsou však na Měsíci zajímají i o další látky!
Zavržená teorie
S kacířskou myšlenkou, že by se na Měsíci mohl nacházet led, přišla roku 1961 trojice tehdy mladých amerických vědců v čele s Brucem Murraym. Protože Slunce svítí na Měsíci neustále zhruba nad rovníkem, mohou být v okolí asi 30 stupňů od obou pólů krátery, na jejichž dno snad nikdy nepronikl sluneční paprsek a jsou tedy trvale ve stínu.
Průměrná teplota měsíčního povrchu je −23°C. Na místech, kam dopadá sluneční záření je mnohem tepleji. Průměrná denní teplota je zde 107°C ! Na místech, kam nikdy nedopadá sluneční záření teplota nepřesahuje −230°C. Po vzniku Měsíce byl jeho povrch bombardován mj. i jádry komet, a mohly se tam uložit miliardy tun vody…
Objev vody na Měsíci
Na jejich hypotézu vědci po desetiletí, až do počátku 90. let, pohlíželi jako na kuriózní spekulaci. V roce 1994 však Měsíc mapovala sonda Clementine a při analýze snímků vědci zjistili, že se v blízkosti jižního pólu našeho nejbližšího souseda nacházejí hluboké krátery, na jejichž dno nikdy nedopadá sluneční světlo. To vedlo odborníky k tomu, aby si vzpomněli na zavrhovanou myšlenku, že by v oblastech permanentního stínu mohla být zachována voda z počátků existence sluneční soustavy.
Malá umělá družice Měsíce Lunar Prospector přinesla o několik let později senzaci, na jakou odborníci čekali tak dlouho, že je až zaskočila. Objev vody na Měsíci, spolu s dalšími výzkumy, stál přitom méně než třetinu nákladů na velkofilm!
Kde všude jí hledat?
Původní hypotézu potvrdil roku 1998 spektrometr na palubě této sondy, vrtající do hloubky až půl metru pod povrch Měsíce. Narozdíl od předchozích očekávání by se měla voda vyskytovat dokonce na obou pólech. Velmi hrubé odhady hovořily o 200 až 300 milionech tun vody, což je pro srovnání zhruba polovina objemu zadržené vody v Orlické přehradě!
Data ukazují, že voda se vyskytuje ve formě malých krystalů ledu v měsíční hornině (regolitu) v koncentracích od 0,3% od 1%. Vědci odhadují, že tyto krystaly jsou rozptýleny na ploše 5000 – 20 000 km2 na jižním pólu a 10 000-50 000 km2 v oblasti severního pólu.
Dnes se zdá, že na Měsíci je ještě mnohem víc vody, než se původně zdálo. Vědci z USA už zdvojnásobili odhad plochy, která je v permanentním stínu a odhadli tak zásoby vody na zhruba šest miliard tun (cca 8 Orlických nádrží).
Rýžovat nebo přebírat?
Problémem ovšem zůstává malá koncentrace, protože krystalky jsou smíchány s regolitem v poměru 1:100 až 1:300. I tak to ale znamená až několik litrů v metru krychlovém.
Zatím ještě neznáme metodu, jak ledové krystalky těžit, ale technici jistě nějakou mechanickou popelku jednou vymyslí. Možná, že se bude rýžovat „po zlatokopecku“ z velkého množství vytěžené horniny. A protože těžit pouze vodu by bylo zřejmě neefektivní, lze předpokládat, že se při těžbě budou zároveň zpracovávat i minerály tvořící povrchové vrstvy Měsíce.
Objev nabízí skvělou zásobárnu, pokud budeme umět led při tak nepatrné koncentraci efektivně těžit. Až dosud se odborníci domnívali, že vodu a vzduch budeme muset na Měsíc dovážet, ale to vždy zůstane nákladnou záležitostí. Místní zásoby by však mohly pro obydlené měsíční stanice stačit na celá staletí, stačí použít dialýzu.
Ještě významnější je využití vody jako zdroje vodíku a kyslíku pro pohon raketových motorů. Rozhodně bude jednodušší a ekonomicky méně nákladné natankovat meziplanetární loď u Měsíce vodíkem a kyslíkem a pak s ní letět dál (nebo domů), než všechno dopravovat ze Země.
V této chvíli je však nejdůležitější psychologický dopad toho, že na Měsíci voda skutečně existuje. Kdy, jak a zda vůbec ji někdy prakticky využijeme, už je jiná otázka. Může se však stát, že koncem 21. století bude „stolní voda z Měsíce“ patřit mezi nejdražší nápoje na stolech luxusních restaurací.
Bude se na Měsíci těžit kyslík?
Na Měsíci však nebudeme k životu potřebovat jen vodu. Astronauti zde musí také něco dýchat a dovoz kyslíku ze Země by byl příliš drahý. Proto dnes vědci a technici hledají možnosti, jak těžit kyslík přímo na místě.
Kyslík je nejhojnějším prvkem v měsíční půdě, tvoří asi 45% hmotnosti měsíčního regolitu. Bohužel je však vázán v nejrůznějších minerálech, například ilmenitu, tvořeném směsí železa, titanu a kyslíku. Kyslíkové molekuly z něj mohou být uvolněny prostřednictvím chemických reakcí, zahříváním nebo dalšími metodami.
Bylo jich navrženo již několik, avšak žádná z nich doposud nevyprodukovala dost kyslíku na to, aby vyhrála cenu vypsanou NASA. Ta proto hledá způsoby, jak vyrábět kyslík pro měsíční stanici a její vybavení ve velkém přímo na měsíčním povrchu. Odborníci nevylučují, že se v rámci soutěže objeví výrobní postupy, které jsme dosud neznali.
Soutěžící musí předvést funkční zařízení, takže budou potřebovat měsíční regolit. Tolik ho ovšem kosmonauti z Měsíce ani nepřivezli! Naštěstí se pro podobné účely používá v Americe od 90. let náhražka, oficiálně označovaná jako JSC-1.
Těžká těžba lehkého hélia
Hélium-3, zvané lehké hélium, je izotop hélia se třemi nukleony v jádře. V zemské atmosféře je obsažen pouze v nepatrném množství, milionkrát menším než obyčejné hélium. Víme však, že obrovské množství (desettisíckrát větší) je ho v měsíčním regolitu, tj. povrchové vrstvě rozdrcených hornin o tlouštce kolem pěti metrů. Do regolitu se ukládá ze slunečního větru (na Slunci vzniká při termonukleárních reakcích).
Zatím je zajímavé především z vědeckých důvodů, ale předpokládáme, že by se mohlo stát neobyčejně cenným při získávání energie v souvislosti s dlouhodobým úsilím o zvládnutí řízených termonukleárních procesů.
Dosavadní experimenty s termonuklární fúzí deuteria a tritia příliš nepokročily ani po několika desítkách let. Lehké hélium by mohlo pomoci tím, že směs helium-3 s deuteriem má mnohem nižší „zapalnou“ teplotu plazmatu pro nastartování jaderné fúze, než směs deuterium-tritium. To by znamenalo, že by fúze mohla probíhat vcelku bez problémů už na současných zařízeních. Z 1 kg izotopů lze takto získat tolik energie, jako ze dvou tun uranu 235 v Temelíně nebo spálením vlaku uhlí s jedním koncem v Ostravě a druhým v Praze. Asi 25 tun lehkého hélia by postačovalo po celý rok zásobovat elektřinou USA.
Nápad vozit helium-3 z Měsíce vznikl již před téměř 70 lety v Rusku. Nyní máme lepší představu o tom, kolik této cenné látky v měsíčních zásobách je. Lze to odhadnout na 500 millionů tun, což by stačilo lidstvu po celé tisíciletí. Dopravu bychom snad zvládli, avšak těžba zůstává dosud problémem, protože na získání tuny izotopu bychom potřebovali tepelně zpracovat regolit, ležící na ploše mnoha tisíc čtverečních kilometrů.
Chcete získat šest milionů korun?
Zkuste své štěstí, ale především technický důvtip a zúčastněte se soutěže, kterou roku 2005 vypsala NASA a Floridský kosmický výzkumný ústav pro tým nebo jednotlivce. Vyhraje ten, jemuž se podaří nejefektivnějším způsobem přeměnit měsíční půdu na čistý dýchatelný kyslík. „Technologie pro získávání kyslíku z místních zdrojů budou kritické jak pro robotické, tak pro lidské mise k Měsíci,“ říká bývalý astronaut Dr. Sam Durrance, který nyní vede Floridský ústav.
Soutěž je prozatím poslední z těch, které NASA organizuje v takzvaném programu století Centennial Challenges, navrženém k tomu, aby lákal soukromý průmysl a výzkumné skupiny k pomoci v nalezení alternativních a hlavně levnějších technologií, použitelných při výzkumu Měsíce a později i Marsu.
Podmínky soutěže „MoonROx“ (Moon Regolith Oxygen Challenge) jsou jednoduché. Požadují od uchazeče získat z měsíční horniny přinejmenším 5 kilogramů kyslíku za osm hodin. Aparatura by neměla vážit více než 25 kilogramů a měla by mít minimální spotřebu elektrické energie. Je na to relativně dost času, protože uzávěrka soutěže byla stanovena na 1. června 2008.
Ruský přístroj pro americkou sondu
V Institutu kosmických výzkumů Ruské akademie věd se v současností staví přístroj LEND (Lunar Exploration Neutron Detector), který bude součástí vědeckého vybavení americké kosmické sondy Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), jejíž start k Měsíci se uskuteční v říjnu 2008.
Pro konstrukci přístroje LEND byly využity vědecké, technické a technologické komponenty z obdobné vědecké aparatury HEND (High Energy Neutron Detector), která úspěšně pracovala na palubě americké sondy Mars Odyssey 2001 na oběžné dráze kolem Marsu. Obě zařízení využívají stejný postup při určování složení povrchových vrstev těles sluneční soustavy a pátrání po zásobách vodního ledu.
Hlavním úkolem ruské aparatury bude pátrání po přítomnosti vodíku a vodního ledu v polárních oblastech Měsíce, které se trvale nacházejí ve stínu. Dalším úkolem bude měření úrovně kosmické radiace s ohledem na připravovaný návrat amerických astronautů na Měsíc v roce 2018.
Americká kosmická sonda LRO o celkové hmotnosti přes 1000 kg ponese asi 100 kg vědeckého vybavení. Na kruhové polární oběžné dráze kolem Měsíce ve výšce 30 až 50 km bude sonda provádět výzkum nejméně rok, což mj. umožní pořizování velmi detailních snímků měsíčního povrchu s rozlišením kolem jednoho metru. Elektrickou energii (400 W) budou dodávat sluneční baterie. Počítá se s dalším prodloužením mise na dalších 5 let, během nichž bude sonda udržována na nízké oběžné dráze, kde bude pokračovat v dalším výzkumu. Mohla by rovněž sloužit jako retranslační stanice pro zajištění spojení s automaty na povrchu Měsíce.
Startem sondy zahájí Američani detailní výzkum Měsíce pomocí automatů jako přípravu návratu kosmonautů na měsíční povrch. O dalším kroku ještě není rozhodnuto, avšak mohlo by jít o program Moonrise (přistání dvou sond do oblasti pánve Aitken na jižním pólu), odkud by přivezly přes 2 kg měsíčních hornin.
Vědecké vybavení sondy LRO
LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter Measurement Investigation). Úkolem měření laserovým výškoměrem bude studovat globální topografii měsíčního povrchu s vysokým rozlišením, měření sklonu svahů v oblastech předpokládaného přistání budoucích expedic a hledání polárního ledu v oblastech, které se trvale nacházejí ve stínu.
LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera). Bude fotografovat vybrané oblasti a pořizovat snímky s vysokým rozlišením. Má zjistit případné nerovnosti, které by mohly způsobit problémy při přistávání automatů či pilotovaných kosmických lodí. Dále bude pořizovat širokoúhlé snímky oblastí v blízkosti měsíčních pólů v různých vlnových délkách, aby tak zmapoval změny osvětlení a pátral po přírodních zdrojích.
LEND (Lunar Exploration Neutron Detector). Bude mapovat tok neutronů z měsíčního povrchu a tím zjišťovat přítomnost vodního ledu. Navíc bude shromažďovat informace o radiačním pozadí na Měsíci a jeho okolí, které budou užitečné pro plánování budoucích expedic.
DLRE (Diviner Lunar Radiometer Experiment). Tento přístroj bude sledovat rozložení teploty na celém povrchu Měsíce. Mají se tak objevit studené oblasti s možným výskytem depozitů vodního ledu.
LAMP (Lyman-Alpha Mapping Project). Zařízení bude studovat povrch Měsíce v oboru ultrafialového záření. Hlavním úkolem bude pátrání po vodním ledu a jinovatce v polárních oblastech a fotografování oblastí, které se trvale nacházejí ve stínu (osvětleny jsou pouze světlem vzdálených hvězd).
CRaTER (Cosmic Ray Telescope for the Effects of Radiation). S jeho pomocí bude studován vliv kosmického záření na tkáně živých organismů. Jedná se o nutný výzkum v rámci obnovy pilotovaných letů na Měsíc a vybudování dlouhodobé základny.
