Je leest:

Achter het geheim van de maan

Achter het geheim van de maan

Auteur: | 7 april 2001

Het zwaartekrachtsveld van de maan vertoont grote, en voor maanreizigers gevaarlijke onregelmatigheden. Er is nog maar weinig over ze bekend. Een Japanse satelliet en zijn kleine metgezel gaan daar verandering in brengen.

Op 21 juni 1969 was er even paniek aan boord van de maanlander Eagle. De brandstof was bijna op, de boordcomputer raakte overbelast, en Neil Armstrong moest de Apollo 11-lander eigenhandig aan de grond zetten. De oorzaak: het grillige zwaartekrachtsveld van de maan. Een grote massaconcentratie (‘mascon’) onder het maanoppervlak trok de maanlander uit de geplande koers.

Rune Floberghagen heeft het allemaal van horen zeggen. Hij was één toen de mens voor het eerst voet zette op de maan. ‘Maar als je met de vluchtleiders van toen praat, moet het een heel spannende tijd zijn geweest,’ zegt hij. Floberghagen, afkomstig uit Noorwegen, promoveert maandag aan de TU Delft op een proefschrift over ‘maangravimetrie’. Als het aan hem ligt, zullen toekomstige maanreizigers niet langer verrast worden door het zwaartekrachtsveld van het dichtstbijzijnde hemellichaam.

Het is frustrerend dat het zwaartekrachtsveld van de maan – kosmisch gesproken bij ons op de stoep – minder nauwkeurig in kaart is gebracht dan dat van de verre planeet Mars. Dat komt vooral doordat de maan altijd dezelfde zijde naar de aarde keert. De onzichtbare achterkant van de maan is in gravimetrisch opzicht nog steeds terra incognita.

Zou de maan volmaakt homogeen en perfect bolvormig zijn, dan was het zwaartekrachtsveld simpel en symmetrisch. Maar de maan is een beetje peervormig. De kern en de mantel bestaan uit zwaardere elementen dan de lichte korst. Op sommige plaatsen is zwaar bazalt uit de mantel omhooggedrongen en uitgestroomd over het oppervlak. Elders wordt het veld verstoord door hoge bergen of diepe inslagbekkens. Niks simpel en symmetrisch. Het zwaartekrachtsveld van de maan is een golvend landschap – een woelige zee met toppen en dalen.

Om dat landschap in kaart te brengen kun je een satelliet laten dobberen over de bevroren golven van het zwaartekrachtsveld. Minieme afwijkingen van de volmaakte ellipsbaan vertellen je precies waar de zwaartekracht wat sterker of juist wat zwakker is. En die baanafwijkingen zijn heel nauwkeurig af te leiden uit de radiosignalen van de satelliet.

Eind jaren zestig gebeurde dat voor het eerst, met de Amerikaanse Lunar Orbiters. Die ontdekten de ‘mascons’ – grote massaconcentraties onder het maanoppervlak, die ruwweg samenvallen met de donkere vlekken op de maan. Maar, vertelt Floberghagen, er is één probleem: elke maansatelliet bevindt zich een groot deel van de tijd áchter de maan, en dan is er geen radiocontact mogelijk. De zwaartekrachtsafwijkingen aan die onzichtbare achterkant zijn dus niet of nauwelijks bekend.

Jammer, want de maan herbergt nog vele raadsels. Waarom zijn er op de achterkant bijvoorbeeld vrijwel geen grote inslagbekkens? Hoe dik is de korst precies, en hoe varieert die dikte over het oppervlak? Hoe ziet de geologische geschiedenis van de maan eruit? Allemaal vragen waar nauwkeurige maangravimetrie antwoord op kan geven. Of althans een deel van het antwoord.

De maan is al dertig jaar lang het stiefkindje van het ruimteonderzoek. Na de Apollo-hype raakte de maan uit de gratie. De maan is duf; Mars is cool. Een politiek probleem, meent Floberghagen. ‘Onlangs hebben Amerikaanse maanonderzoekers aan petitie aan het Congres gestuurd, om hun ongenoegen te uiten over het feit dat NASA-topman Dan Goldin in het geheel geen aandacht aan de maan schenkt,’ vertelt hij. ‘Goldin is waarschijnlijk bang dat zijn Marsprogramma dan naar de maan gaat.’

Een geavanceerde Amerikaanse maansatelliet, de Lunar Observer, werd jaren geleden al wegbezuinigd. Ook in Europa kwamen de plannen voor een maansonde niet van de grond. Zowel POLO (Polar Orbiting Lunar Observatory) als MORO (Moon Orbiting Observatory) hebben nooit het levenslicht gezien. En ESA’s gloednieuwe maansatelliet SMART-1, die eind 2002 gelanceerd wordt, heeft maar weinig wetenschappelijke instrumenten aan boord; het is voornamelijk een technologisch demonstratieproject.

Eigenlijk zijn er sinds begin jaren zeventig maar twee serieuze maanmissies geweest: Clementine, een Amerikaanse militaire satelliet die in 1993 in een baan om de maan werd gebracht, en Lunar Prospector, die vijf jaar later werd gelanceerd. Met Clementine kon geen nauwkeurige gravimetrie bedreven worden, maar Lunar Prospector, die in een lage baan om de maan draaide, bood die mogelijkheid wel. Een deel van Floberghagens proefschrift gaat over de resultaten die hij verkreeg door de ruimtesonde zes weken lang ‘in het oog’ te houden met een radioschotel van het Europese grondstation in Weilheim in Zuid-Duitsland.

Ook met Lunar Prospector kon het zwaartekrachtsveld van de achterkant van de maan natuurlijk niet goed in kaart worden gebracht, al waren de metingen nauwkeuriger dan ooit tevoren. Maar Floberghagen weet precies hoe het wél moet: in plaats van één ruimtesonde moeten er minstens twee om de maan draaien, die elkaar in de gaten houden. Als de afstand tussen de twee sondes, de onderlinge snelheid of de relatieve versnelling continu worden opgemeten, ook aan de achterkant van de maan, kan die informatie naar de aarde worden doorgeseind zodra een van de twee satellieten weer ‘in zicht’ is.

In zijn proefschrift toont Floberghagen aan dat met zo’n SST-systeem (Satellite-to-Satellite Tracking) een tien- tot dertigmaal zo hoge nauwkeurigheid bereikt kan worden. ‘In principe is het een vrij simpel experiment,’ zegt hij. ‘De tweede satelliet hoeft niet veel meer te zijn dan een Spoetnik-achtige bol met een radiozendertje.’

De Japanse ruimtevaartorganisaties ISAS en NASDA pakken het binnenkort op een net iets andere manier aan: de maansonde SELENE (SELenological and ENgineering Explorer) wordt in 2004 in een lage baan om de maan gebracht, en wanneer hij zich aan de achterkant bevindt, fungeert een ‘subsatelliet’ in een hoge, excentrische baan als tussenstation tussen het moederschip en de radioschotels op aarde.

Floberghagen is nauw betrokken bij het gravimetrie-experiment van SELENE. ‘Het nadeel van hun oplossing is dat er nog steeds niet continu getracked kan worden,’ zegt hij, ‘maar op den duur is er toch een vergelijkbare nauwkeurigheid te behalen, omdat er sprake is van absolute positiemetingen in plaats van relatieve.’ Het ziet er naar uit dat SELENE na ruim dertig jaar onzekerheid eindelijk een nauwkeurige kaart van het zwaartekrachtsveld van de achterkant van de maan gaat opleveren.

En dan begint de interpretatie: uit de gedetailleerde gravimetrische kaart moet informatie over de inwendige opbouw van de maan worden afgeleid. Dat laat ruimtevaarttechnicus Floberghagen echter aan astronomen en geologen over. Zelf gaat hij zich na zijn promotie vooral bezighouden met GOCE, een toekomstige Europese satelliet voor extreem nauwkeurige metingen aan het zwaartekrachtsveld van de aarde.

Dit artikel is een publicatie van Allesoversterrenkunde.nl.
© Allesoversterrenkunde.nl, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 07 april 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.