Tajemství odvrácené strany Měsíce (1): Proč je jeho neviditelná část úplně jiná?

Na faktu, že k nám Měsíc směřuje stále toutéž polokoulí, není nic zvláštního. Tzv. synchronní neboli vázaná rotace, při níž se satelit otočí kolem vlastní osy za stejnou dobu, za jakou oběhne mateřskou planetu, představuje totiž ve Sluneční soustavě spíš pravidlo než výjimku. Vázanou rotaci mají oba průvodci Marsu, všechny velké měsíce Jupitera, Saturnu, Uranu, Neptunu a také Charon, který krouží kolem Pluta.

Gravitační tanec

Synchronní rotace tvoří důsledek vzájemného slapového působení planet a jejich souputníků, při němž se pohyb obou těles kolem vlastní osy zpomaluje a zároveň se satelity od mateřských planet vzdalují. Ty jsou ovšem v porovnání se svými měsíci podstatně hmotnější, a proto se jejich otáčení zpomaluje velmi zvolna. Do vázané rotace se tak nejprve lapí satelity. Po dostatečně dlouhé době se však zbrzdí i otáčení planety a vznikne oboustranně vázaný pár, jaký představují třeba Pluto s Charonem. Podobný osud ostatně čeká také Zemi a Měsíc. Podle různých odhadů by k tomu ovšem mělo dojít až za 50 miliard let, kdy už obě tělesa s velkou pravděpodobností nebudou existovat.

Střídání tváří

Taková je tedy vzdálená budoucnost gravitačního tance naší planety a jejího průvodce. Jaká ovšem byla jejich minulost? Jak dlouho už k nám Luna přivrací jen jednu tvář? Podle numerických simulací vývoje systému Země–Měsíc se náš souputník dostal do synchronní rotace velmi brzy, ještě dřív, než skončila jeho akrece. To však nutně nemusí znamenat, že od té doby ukazuje modré planetě stále tutéž polokouli! 

Podle Marka A. Wieczorka a Mathieua Le Feuvrea z Pařížského institutu fyziky Země může vznik každého impaktního kráteru o průměru nad 300 km tento dvorný způsob tance našeho průvodce narušit. Měsíc se tak mohl po silném nárazu kosmického tělesa „roztočit“ a dočasně ze spárů vázané rotace uniknout. Otázkou zůstává, jakou polokoulí se k nám orientoval po jejím opětovném obnovení. Podle zmíněných autorů způsobil náraz menší planetky před čtyřmi miliardami let přetočení Měsíce až o 180°. Existuje dokonce možnost, že současná přivrácená strana byla původně tou odvrácenou. Jednoznačné důkazy však zatím nemáme.

První překvapení

Ať už to bylo s orientací Měsíce v minulosti jakkoliv, jisté je, že jeho natočení do současné polohy se ustálilo již velmi dávno, před více než 3,8 miliardy roků. Jeho odvrácená strana tak zůstala lidem neznámá po celou dobu existence druhu Homo sapiens, s výjimkou posledních 60 let.

První záběr neznámé části měsíčního světa pořídila Luna 3 ráno 7. října 1959, kdy ji od povrchu tělesa dělilo 63 500 km. Poslední fotografii pak vytvořila o 40 minut později ze vzdálenosti 66 700 km. Během přeletu zachytila její kamera celkem 29 snímků, jež pokryly 70 % odvrácené strany. Dodejme, že zmíněná sonda ještě využívala techniku klasické fotografie automaticky vyvolané a ustálené na palubě a předávané do pozemního střediska systémem telefota. Teprve při průletu kolem Země, 18. října 1959, se Luně 3 podařilo odvysílat 17 snímků. 

I když byly první fotografie zcela neznámé krajiny velmi nekvalitní, připravily vědcům ohromné překvapení: Ukázaly, že se odvrácená polokoule od té přivrácené liší téměř úplnou absencí tmavých čedičových výplní (měsíčních moří), jež k přivrácené straně patří stejně jako skvrny k srsti dalmatina. Vyjádříme-li rozdíl mezi oběma polokoulemi číselně, tvoří tmavá moře 31,2 % povrchu přivrácené strany, zatímco na té opačné jde pouze o 2,6 %. Jak je možné, že se hemisféry tak odlišují? Odpověď hledali lunární geologové víc než 30 let. 

Polokoule bez moří

Začněme samotnou podstatou měsíčních moří. Už při pohledu dalekohledem snadno zjistíme, že se jejich lávové výplně soustřeďují do velkých kráterů a pánví čili do pozůstatků po dopadech planetek. Nabízí se proto snadné vysvětlení, že tam láva vnikla v důsledku impaktů, jež roztavily měsíční kůru. Porovnáme-li však radiometrická datování stáří impaktních pánví a jejich lávových výplní, zjistíme rozdíly až stovek milionů let. Ohnivé fontány se tedy po povrchu Měsíce rozlévaly dávno po zformování pánví. 

Proč ovšem ztuhlá láva vyplňuje především pánve? Magma roztavené teplem z pozdějšího rozpadu radioaktivních prvků v nitru tělesa pouze využilo hluboké trhliny způsobené impakty, skrz které se mohla tavenina snáz prodrat k povrchu. A právě tím se vysvětluje i absence měsíčních moří na odvrácené straně. Už na základě měření v rámci misí Apollo geologové zjistili, že má přivrácená polokoule tenčí kůru než ta opačná. Tavenina z měsíčního pláště tak skrz ni mohla pronikat snadněji než silnější kůrou na odvrácené straně. 

Velký příplesk

Každá odpověď obvykle vyvolává další otázky, a pro odvrácenou měsíční hemisféru to platí obzvlášť. Už víme, že je na ní silnější kůra, což znesnadňovalo vznik moří. Hned se však nabízí dotaz: Proč má kůra na odvrácené polokouli větší mocnost? Zdá se, že i řešení tohoto problému jsou geologové na stopě. 

V roce 2011 publikovali Martin Jutzi a Erik Asphaug z Kalifornské univerzity teorii, podle níž se hmota v kůře odvrácené strany nahromadila tak, že se tam „přilepilo“ jiné kosmické těleso. Země měla možná v minulosti nikoliv jeden, ale hned dva satelity: Oba mohly představovat pozůstatek obří srážky naší planety s jiným či s jinými vesmírnými objekty, k níž došlo před více než čtyřmi miliardami let. Menší satelit o průměru asi 1 300 km se však nedlouho po svém vzniku zřítil na ten větší. 

TIP: Měsíc pomalu umírá: Proč našemu kosmickému souputníkovi docházejí síly?

Je zřejmé, že se menší sourozenec současného Měsíce pohyboval kolem Země po velmi podobné dráze. V důsledku toho byla kolizní rychlost obou souputníků podstatně nižší (asi jen 2 km/s) než v případě jiných srážek, například s planetkami či jádry komet. Kolize proto nevyvolala takovou destrukci, jakou způsobují běžné impakty o rychlostech kolem 30 km/s a víc. Malý průvodce tak při srážce nevytvořil klasickou prohlubeň – impaktní pánev, ale spíš se „přilepil“ na dnešní odvrácenou stranu Měsíce a zformoval bariéru, jež zamezila snazšímu průniku taveniny z pláště na povrch. 

Dokončení: Tajemství odvrácené strany Měsíce (2): Co už víme o jeho neviditelné části?