For femti år siden denne måneden lot NASAs Apollo 8-oppdrag menneskelige øyne se på andre siden av månen direkte for første gang. Det kraterpokede landet som mannskapet så da de slynget seg rundt Månen, var helt skjult til 1959, da sovjetiske Luna 3-oppdraget overførte svart og hvitt bilder av det grå landskapet, tomgang og tilnærmet uendret i milliarder av år. Men det neste kapittelet med leting på denne uhøytidelige bakken forventes å sparke opp litt av det langvarige månestøvet.
I dag satte en kinesisk rakett fra Long March 3B et romfartøy som skal prøve den første myke landing på månens fjernside: Chang'e-4. Fartøyet forventes å komme sin landing en gang mellom 1. og 3. januar etter et fem-dagers cruise til Månen, innføring av månebane og noen få kurskorrigeringer som forberedelse til soloppgang over det antatte landingsstedet ved Von Kármán krater i slutten av desember.
Siden oppstarten av måneprosjektet på begynnelsen av 2000-tallet, har Kina avansert raskt for å bli den eneste nasjonen som har mykt landet (i motsetning til med vilje påvirket) noe på Månen siden den sovjetiske Luna 24 prøve-returoppdraget i 1976. Etter å ha satt ned roboten Chang'e-3 lander og rover på Mare Imbrium i desember 2013, Kina ble bare det tredje landet som oppnådde en månelanding. Suksessen tillot landet å gjenbruke et backup-romskip som ble produsert samtidig for et enda mer ambisiøst oppdrag.
I 2015 kunngjorde Kina at reserve Chang'e-4-romfartøyet, en lander og liten rover, ville bli brukt til et banebrytende oppdrag for å lande på bortre side av Månen - en bragd som aldri har blitt forsøkt på grunn av dens kompleksitet.
Et bilde av Chang'e-3 lander på overflaten av Månen tatt av den lille roveren, Yutu, som landeren distribuerte etter touchdown. (Chinese Academy of Sciences / China National Space Administration / Science and Application Center for Moon and Deepspace Exploration) Romfartøyet, med en samlet masse på nesten fire tonn, vil frakte åtte instrumenter og vitenskapelig nyttelast. Disse verktøyene vil bli brukt i lavfrekvente radioeksperimenter, og dra nytte av den unike radiostille fjernsiden, skjermet av månen mot kakofonien til jordbaserte radiosignaler. Vitenskapelige eksperimenter på Chang'e-4 vil også undersøke samspill mellom solvindpartikler med månens overflate, gjennomføre geologisk analyse fra bakken og utføre mineralogiske studier av regolitten og bergarten.
Bli med på turen vil være det første månens biosfæreksperiment, designet av studenter ved universiteter over hele Kina, som består av en dunk som inneholder silkeormegg, potetfrø og Arabidopsis - en blomstrende plante som er mye brukt i romforskning. Med vann, luft og næringsstoffer til organismer, vil forskere studere respirasjonen og fotosyntesen av det første livet til seilas til overflaten på andre siden.
***
Å lande og betjene et romfartøy på bortre side av Månen er spesielt utfordrende takket være fenomenet tidevannslåsing. Jordens gravitasjonspåvirkning har over tid bremset Månens rotasjonsperiode for å være lik tiden det tar å fullføre en bane rundt Jorden. Som et resultat står den samme siden av månen alltid overfor de av oss på bakken. For å sende kommandoer til den andre siden, krever et oppdrag som Chang'e-4 noen innovative kommunikasjonsløsninger.
For å kontakte romfartøyet under og etter landingen, lanserte Kina en stafett-satellitt ved navn Queqiao i mai med en stor parabolantenn. Satellitten er plassert i en halo-bane på et stabilt punkt rundt 65.000 til 85.000 kilometer utenfor månen, kjent som det andre Earth-Moon Lagrange Point. Fra denne abboren har Queqiao konstant siktlinje med både bakkestasjoner og landingsplassen til Chang'e-4.
Det første bildet noensinne er tatt fra fjernsiden av Månen, og avslører overflateegenskaper som skilte seg betydelig fra nærsiden. Bildet ble tatt av sovjetiske Luna 3-romfartøyet 7. oktober 1959. (Public Domain) Men den ekstra innsatsen for å komme dit, bør være verdt det. Oppdraget vil ikke bare tillate romobservasjoner uten elektromagnetisk forstyrrelse fra Jorden, men månens fjernside lover også innsikt i månen og jordens historie og utvikling. I flere tiår har forskere ivret etter å undersøke det enorme området kjent som South Pole-Aitken Basin (SPA), som strekker seg fra Sydpolen opp til Aitken krater.
SPA-bassenget er rundt 2500 kilometer i diameter og 12 kilometer dypt, noe som gjør det til et av solsystemets største og eldste slagkratere. Bakken i dette området kan inneholde eksponert materiale fra den dypere månemantelen, skyvet til overflaten i løpet av de store belastningene for milliarder av år siden. Og med tanke på at mange astronomer tror månen er dannet av samme materiale som jorden, kan SPA-bassenget potensielt gi informasjon om hvordan proto-jorden så ut, rett etter den teoretiserte kollisjonen som dannet månen. En gang etter den kollisjonen tok livet rot, og bortre side av Månen kan legge noen få stykker til det puslespillet.
Landingsplassen, selv om den ikke er offisielt bekreftet, er forstått som den sørlige etasjen i Von Kármán-krateret. Bradley Jolliff, professor i jord- og planetarvitenskap ved Washington University i St. Louis, bemerker at det valgte stedet i Von Kármán er relativt glatt på grunn av eldgamle lavastrømmer, og tilbyr en tryggere landing.
Meng Zhiguo, professor ved College of Geoexploration Science and Technology, Jilin University, og medforfatter av artikler om landingsstedene til Chang'e-4, er spesielt interessert i den mulige innsikten oppdraget kan tilby i sammensetningen av månens fjernside muliggjort av to spektrometre som flyr på romskipet, det synlige og nær-infrarøde imaging spektrometer (VNIS) og lavfrekvensspektrometer (LFS).
"Sammensetningene av kratergulvet med mare-basalter vil gi direkte bevis for mårvulkanismen til månens fjernside, noe som er nyttig for å forstå forskjellen mellom mårvulkanismen mellom nærsiden og farsiden, " sier Meng.
Den lille roveren, Yutu (som betyr Jade Rabbit på kinesisk), etter å ha blitt distribuert fra Chang'e-3 lander. (Chinese Academy of Sciences / China National Space Administration / Science and Application Center for Moon and Deepspace Exploration) Nærsiden av månens overflate har mange enorme basaltiske sletter kjent som maria. Hver mare ble skapt av vulkanutbrudd i den fjerne fortiden, og de kan sees som mørke flate områder med det blotte øye. Farsiden har imidlertid relativt få maria. Det unike landskapet Chang'e-4 vil møte betydde ekstra utfordringer i både valg av nettsteder og utførelse av landingen.
Oppdraget kan også øke vår forståelse av dannelsen av svaberg og utviklingen av lag som skorpe, mantel og kjerne. "Komposisjonene kan [ha] stamme fra den forskjellige dybden i Månens grunne lag, " sier Meng, "som er viktig for å forstå fremgangsmåten til månemagahavens historie og den globale differensieringshypotesen, " (som er hypotesen om at proto-jorden kolliderte med en Mars-størrelse kropp kjent som Theia, og etterlot Earth-Moon-systemet til å dannes fra rusk).
***
Dessverre, sier Jolliff, vil ikke en av hovedårsakene til å besøke dette området av månen bli adressert. "Et viktig mangeårig vitenskapelig mål for et oppdrag til SPA-bassenget er å bestemme dens alder og [sammensetning] av de originale påvirkede materialene, som potensielt inneholder bergarter som er gravd veldig dypt ut fra Månen, muligens mantelen, " sier han . "Dessverre er ikke CE-4-oppdraget utstyrt for å løse disse problemene, og heller ikke til et spesielt godt sted i SPA for å løse disse problemene."
Den oppdragstypen som virkelig kan gi et bilde av hva farsiden er laget av, vil kreve en prøve tilbake. Jolliff har foreslått et slikt SPA-bassengprøve-returoppdrag gjennom NASA New Frontiers-programmet, men per nå er ingen slike oppdrag godkjent for finansiering.
Kina forbereder en måneforsøksavkastning på nære side med Chang'e-5, som var planlagt lansert før Chang'e-4 i november 2017. Imidlertid en mislykket oppskyting i juli samme år av den lange 5. mars - en tungheisende rakett som kreves for større nyttelast - har utsatt oppdraget til slutten av 2019 tidligst.
Hvis alt går bra med Chang'e-5s fly til Mons Rümker-regionen i Oceanus Procellarum, kan sikkerhetskopien, Chang'e-6, forsøke å prøve tilbake på månens fjernside, eller muligens på Månens sørpol, i tidlig på 2020-tallet. Utvidelsen av kinesiske robotplaner for måneforsøk leder mot målene Jolliff og andre tar til orde for, men for dagens oppdrag handler det om å stikke landingen.
”Jeg vil understreke betydningen av fjernsiden, noe ingen av de andre romfartslandene har gjort. Å utøve kommando og kontroll over oppdraget fra Jorden, eksternt via en kommunikasjonssatellitt, er definitivt et springbrett for det kinesiske romfartsprogrammet, sier Jolliff og merker at Chang'e-5 vil følge raskt etter. "Disse oppdragene finner sted i rask rekkefølge, og det viser også beslutningen om dette programmet til å komme videre mot det eventuelle målet om å sette kinesiske astronauter på månens overflate."
En del av månens fjernside, avbildet av mannskapet på Apollo 8 24. desember 1968. (NASA) Når Kina forbereder seg på tre oppdrag til overflaten av Månen i løpet av det neste halve tiåret, vil nasjonen sannsynligvis bli en betydelig global leder innen måneforsøk. Meng sier at dataene fra Chang'e-4-oppdraget vil bli gjort tilgjengelig for forskere utenfor Kina, og romskipet har instrumenter fra Tyskland og Sverige som del av et internasjonalt partnerskap som inkluderer Nederland og Saudi-Arabia.
"Vellykket gjennomføring av dette oppdraget vil etablere Kina som en leder i den internasjonale utforskningen av månen, " sier James Head, professor i geologiske vitenskaper ved Brown University. "[De] har allerede tilbudt bruk av sin relé-satellittinfrastruktur til det internasjonale romfartssamfunnet".
Kinas måneoppdrag er foran en bølge av fornyet interesse for vår himmelske nabo, med NASA, European Space Agency, Russland og India som alle jobber mot forskjellige robot- og besetningsoppdrag de kommende årene. Kinas planer tar imidlertid en endelig form, med en lansering tidligere i dag, og planlegger allerede i arbeidene for Chang'e-7, en teknologidemonstrant for å teste gjennomførbarheten av langsiktige mål, som ressursutnyttelse på stedet av vannis eller metaller.
"Hvert nye oppdrag til månen gir overraskelser, sier Head. "Chang'e 4 vil ikke bare være en monumental teknisk prestasjon, men vil uten tvil bringe nye funn og overraskelser."
Andrew Jones er en journalist som rapporterer om Kinas romprogram, skriver for SpaceNews, Gbtimes og bidrar med gjesteblogger hos Planetary Society. Han har base i Finland.
