Kort og billeder ved starten af ​​rumkapløbet åbnede døren for måne- og planetarisk udforskning

Kortene og billederne skabt af et lille UA-hold ved starten af ​​rumkapløbet åbnede døren for måne- og planetarisk udforskning for 50 år siden.

Kun en håndfuld mennesker studerede for alvor månen, da præsident John F. Kennedy i 1961 annoncerede, at amerikanerne ville gå på dens overflade ved årtiets udgang. Blandt dem var en lille gruppe forskere ved University of Arizona.

UA-holdet afbildede og kortlagde månens overflade, hvilket gjorde det muligt for dem at forstå månens geologi og NASA til at vælge landingssteder til fremtidige robot- og Apollo-missioner. Gerard Kuiper, faderen til moderne planetarisk videnskab, ledet holdet og etablerede UA Lunar and Planetary Laboratory.

"Klassiske astronomer betragtede månen som en irritation, der lyste nattehimlen op, gør det svært at studere de svageste stjerner og galakser, sagde William Hartmann, en af ​​Kuipers første kandidatstuderende og medstifter af Planetary Science Institute, eller PSI, i Tucson. Hartmann og PSI medstifter Don Davis, en anden UA-alumne, foreslog også, at månen blev født fra et gigantisk sammenstød med Jorden. Deres teori leder stadig tankerne i dag.

"Dengang, astronomer var kun interesserede i objekter uden for vores solsystem, " sagde Hartmann. "Til de fleste 1950'er-astronomer, planeterne virkede ikke særlig interessante, og der var ikke særlig brugbare teknikker til at studere dem."

I øvrigt, månekort på det tidspunkt blev tegnet i hånden, og navnene på mange træk forblev uafklarede.

Kuiper, allerede førende inden for planetarisk videnskab, da han ankom til Tucson i 1960, søgte at forstå Jordens himmelske nabo og arbejdede i årevis på at skabe flere måneatlass med de bedste fotografier af månen.

Måneatlasserne

Kuiper og hans team indsamlede de bedste tilgængelige teleskopbilleder af månen fra observatorier rundt om i verden og brugte dem til at producere de to første atlas, mens de arbejdede ved University of Chicagos Yerkes Observatory i Wisconsin. Det fotografiske måneatlas og det ortografiske måneatlas, som omfattede et koordinatgitter, blev udgivet i 1960 og 1961, henholdsvis. Astronomer brugte disse, mens de observerede månen teleskopisk.

Det rettede måneatlas, udgivet i 1963 af University of Arizona Press, gik et skridt videre. Det tredje atlas gjorde det muligt for mennesker for første gang at se, hvilke funktioner på månens kanter, kaldet lemmer, så ud uden forvrængning.

For at opnå dette, Kuiper monterede en 3 fod bred hvid halvkugle for enden af ​​en gang og projicerede glaspladefotografier af de bedste billeder af månen på den. Hartmann, en førsteårs kandidatstuderende på det tidspunkt, fik til opgave at tage billeder af halvkuglen fra forskellige vinkler. De resulterende billeder afslørede månetræk, som de ville se ud fra perspektivet af en astronaut, der flyver over hovedet.

Fire år senere, Kuiper producerede endnu et måneatlas.

"1967 Consolidated Lunar Atlas var den sidste i rækken af ​​Gerard Kuiper, " sagde Steve Larson, som var en af ​​Kuipers undergraduate forskningsassistenter og nu er seniormedarbejder ved UA Lunar and Planetary Laboratory, eller LPL. Larson etablerede Catalina Sky Survey og har arbejdet under alle LPL-direktører siden laboratoriets start.

Det fjerde atlas bestod af de højeste opløsningsbilleder taget fra jorden, hvoraf de fleste blev taget ved hjælp af det NASA-finansierede 61-tommer teleskop placeret på toppen af ​​Mount Bigelow i Catalina-bjergene nord for Tucson. Teleskopet styres nu af UA's Steward Observatory og bærer Kuipers navn.

"Det var vores hovedprojekt i de første par år efter konstruktionen af ​​61-tommer teleskopet, " sagde Larson. "Vi blev finansieret af NASA til at optage billeder i høj opløsning af månen, men vi tog også billeder af Venus, Mars, Jupiter og Saturn for at overvåge ændringer i atmosfæren."

Kuiper og hans team skabte Consolidated Lunar Atlas ved omhyggeligt at fokusere teleskopet på månen og systematisk tage tusindvis af filmbilleder langs månens terminator, grænsen mellem sollys og mørke. Ved terminatoren, sollys rammer månen i en lav vinkel, gør det muligt for forskerne at fange subtile variationer i månens topografi, sagde Larson.

Men den høje kontrast og dramatiske belysning nær månens terminator gjorde det vanskeligt at afbilde månens overflade. Larson og bachelor John Fountain gjorde møjsommeligt områderne nær skygge lysere og dæmpede de lysere dele af overfladen med hånden.

"Det var meget analogt, " sagde han. "Jeg tilbragte hele sommerens monsunsæson nede i kælderens mørke rum; Solen skinnede da jeg gik ned, og da jeg kom ud, er det oversvømmet overalt."

Kuiper og hans team inspicerede, katalogiseret og bedømt hver af de mere end 8, 000 filmbilleder for at skære dem ned til de mere end 200, som nu omfatter Consolidated Lunar Atlas. Den blev udgivet af University of Arizona Press i 1967.

Lander ørnen

På samme tid, ledere hos NASA vidste, at de var nødt til at forstå månens overflade i detaljer for at vælge et landingssted. Ville det glatte, mørke dele af månens overflade - kaldet maria, hvilket betyder have, da de tidligste observatører troede, at de var oceaner – sluge astronauterne i støv eller støtte dem som afkølede og størknede oceaner af magma?

"Da NASA besluttede, hvor de skulle lande, de ville se på et af disse print. Her er et sted med ikke mange kratere, der er relativt flade, " sagde Larson, da han pegede på det sidste Apollo 11-landingssted, beliggende i Stillehavet.

Der er to hovedtyper af terræn på månen, sagde LPL professor og planetarisk videnskabsassistentdirektør Shane Byrne.

"De fleste af Apollo-missionerne og de fleste af Surveyor (lander)-missionerne gik til én type:månehoppen, de mørke områder af månen, " sagde Byrne. "Det er nemmere og sikrere at lande der, og det var motivationen for at sende astronauterne dertil. Men det meste af månen er dækket af de lyse områder, månens højland, som er meget grovere, meget mere krateret."

Før mænd, Der var robotter

NASA forberedte tre serier af robotterumfartøjer til at besøge månen foran astronauterne:Ranger, Surveyor og Lunar Orbiter.

NASA udnævnte Kuiper til chefforsøgsleder, en stilling i dag kaldet hovedefterforsker, på Ranger-missionerne. Blandt holdet var UA planetarisk videnskabsmand Ewen Whitaker og Eugene Shoemaker, som skabte astrogeologisk afdeling af United States Geological Survey i Flagstaff, Arizona.

Ranger 1 blev opsendt i august 1961 for at indsamle video med stigende detaljer, før den styrtede ned på månen. Fremtidige Ranger-missioner mislykkedes indtil lanceringen af ​​Ranger 7 i 1964, som landede i det Kuiper døbte Mare Cognitum, Havet, der er blevet kendt. Whitaker valgte landingsstederne for Ranger 6 og 7.

Den vellykkede Ranger 7-mission forbedrede opløsningen af ​​månedetalje 1, 000 gange, Kuiper proklamerede på en pressekonference kort efter, at rumfartøjet nåede månen.

For at analysere billederne, Kuiper samarbejdede med UA-professorer emeritus Robert Strom fra LPL og Spence Titley, ved Institut for Geovidenskab. Titley gav Kuipers elever og NASAs astronauter lynkurser i geologi og anbefalede funktioner, som astronauterne skulle fotografere fra kredsløb. Titley arbejdede også med U.S. Geological Survey i 1964 for at kortlægge månen ved hjælp af McMath-Pierce Solar Telescope på Kitt Peak til Apollo-programmet.

Ranger-missionerne blev fulgt af Surveyor 1, den første af syv ubemandede månelandere i et program, der kørte fra juni 1966 til januar 1968. Surveyor 1 nåede månens overflade den 2. juni, 1966, og sendte panoramabilleder tilbage fra sine rejser.

Surveyors succes forsikrede astronauterne om, at de ikke ville blive slugt af støv. På trods af succesen med Surveyor-programmet, NASA havde ingen måde at vide hvor, Nemlig, på månen landede rumfartøjet.

NASA offentliggjorde, hvad de troede var det korrekte landingssted i journalen Videnskab . Men Whitaker bemærkede en uoverensstemmelse, og efter at have gransket billeder taget af NASA Lunar Orbiter, han offentliggjorde en alternativ placering for Surveyor 1 i tidsskriftets septembernummer.

"Whitaker var i stand til at lokalisere landingsområdet ved at se på bjergtoppe i horisonten, " sagde Larson.

NASA embedsmænd indså deres fejl, og Whitakers færdigheder gav ham opgaven med at lokalisere yderligere fire landmålere.

Whitaker beviste igen sin dygtighed på månens overflade, da han korrekt lokaliserede Apollo 11. Den første bemandede mission ramte ikke sit tilsigtede mål, fordi stedet var for stenet. Landeren med de to mænd krydsede yderligere fire miles, løb næsten tør for brændstof, før den landede. NASA analyserede billeder taget fra overfladen og fastslog, hvad de troede var Apollo 11-landingsstedet. Ewen lavede sin egen analyse, hvilket var i modstrid med NASAs placering, og var korrekt.

NASA forsøgte derefter at demonstrere en præcis landing med Apollo 12 og brugte Whitakers placering af Surveyor 3 til at gøre det. Whitakers placering var så spot on, at astronauterne gik til Surveyor 3.

Siden Apollo-missionerne, UA har afbilledet Mars overflade i stor detalje ved hjælp af High Resolution Imaging Science Experiment ombord på Mars Reconnaissance Orbiter. UA ledede også holdet, der afbildede overfladen af ​​Saturns måne Titan fra under skyerne med Cassini-Huygens-sonden. UA er også i spidsen for OSIRIS-REx-prøveretur-missionen til asteroiden Bennu og er i øjeblikket ved at kortlægge og afbilde den mørke overflade for at vælge et indsamlingssted.