Tunglið

Tunglið (the Moon) eða Máninn er eini náttúrulegi fylgihnöttur Jarðar og nálægasta náttúrulega fyrirbæri himins, ef frá eru talin stöku smástirni sem þjóta framhjá Jörðinni annað slagið. 

Tunglið er bjartasti hnötturinn á næturhimninum og sá eini þar sem við getum skoðað landslagið með berum augum. Frá Jörðu séð vex tunglið og dvínar, þ.e. það gengur í gegnum kvartilaskipti á 29,5 degi.

Saga tunglsins er nátengd sögu Jarðar en talið er að það hafi myndast þegar hnöttur á stærð við Mars, kallaður Þeia, rakst á Jörðina skömmu eftir myndun hennar. 

Tunglið hefur líka sögulega þýðingu fyrir okkur mannfólkið því það er eini hnötturinn sem menn hafa stigið fæti á utan Jarðar.

Goðsagnir

Tunglið hefur skipað stóran sess hjá ýmsum þjóðum. Rómverjar til forna nefndu tunglið Luna en Grikkir kölluðu það Selenu og Artemis. 

Önnur heiti á tunglinu eru til í mörgum öðrum menningum. Þannig nefna Hindúar tunglið Chandra, Arabar Hilal, Astekar Tecciztecatl, Inkar Mama Quilla og kínverska tunglgyðjan nefnist Chang'e

Máni var persónugervingur tunglsins í norrænni goðafræði. Hann var sonur Mundilfara og bróðir Sólar. Á næturnar ferðaðist hann í hestvagni yfir himininn og réði hvort tunglið væri vaxandi eða minnkandi. Úlfurinn Hati elti Mána og þegar hann greip í tunglið varð tunglmyrkvi. Það olli talsverðri skelfingu og beittu menn ýmsum brögðum til hrekja úlfinn burt. Það tókst alltaf.

Íslensku orðin mánudagur og mánuður eru dregin af orðinu máni. Íslenska orðið tungl er einnig eitt þeirra orða í íslensku máli sem á sér ekkert rímorð. Gríska orðið „Luna“ er rót enska orðsins „lunatic“ sem þýðir brjálæðingur en merkti upphaflega tunglsjúkur (flogaveikur, þótt flogaveiki tengist tunglinu ekki neitt).

Tunglið er langbjartasta fyrirbærið á næturhimninum. Fullt tungl er mörg hundruð sinnum bjartara en Venus, sem er björtust af öllum reikistjörnum og sólstjörnum á himninum.

Snúningur

Tunglið snýr alltaf sömu hlið sinni að Jörðinni. Þess vegna sjáum við ætíð sama landslagið á tunglinu, sama hvenær við horfum á það — eini munurinn er frá hvaða horni sólin lýsir upp yfirborðið.

Tunglið snýr alltaf sömu hliðinni að Jörðinni vegna þess að það snýst. Ástæðan er sú að möndulsnúningur tunglsins er jafn langur umferðartímanum um Jörðina. Með öðrum orðum: Á sama tíma og tunglið snýst einn hring um sjálft sig, snýst það einn hring umhverfis Jörðina. Þetta kallast bundinn möndulsnúningur og er afleiðing flóðkrafta milli Jarðar og tunglsins.

Snerist tunglið ekki sæjum við báðar hliðar þess á einhverjum tímapunkti. Tunglið héldi þá fastri stefnu út í geiminn og sæjum við annan helming þess fyrri hluta umferðartímans en hinn helminginn seinni hlutann.

Á tunglinu rís og sest sólin, alveg eins og á jörðinni, en dagur og nótt standa hins vegar yfir í tvær vikur hvor um sig. Engin hlið tunglsins er því í endalausu myrkri. Það þýðir að ekkert er til sem heitir „dökka hlið tunglsins“. Sú hlið sem snýr að Jörðu kallast nærhliðin en sú sem frá Jörðu snýr er fjærhliðin.

Geimfari sem stæði á nærhlið tunglsins sæi Jörðina aldrei rísa, heldur væri hún stöðugt á himninum, vegna bundna möndulsnúningsins. Að sama skapi sést Jörðin aldrei frá fjærhlið tunglsins.

Þótt tunglið snúi alltaf sömu hliðinni að Jörðinni er samt hægt að sjá meira en helming af yfirborði þess. Frá Jörðu séð sýnist tunglið vagga. Það veldur smávægilegum afstöðubreytingum á því gagnvart Jörðu svo hægt er að sjá 59% af yfirborði tunglsins, jafnvel þótt að möndulsnúningurinn sé bundinn. Þetta kallast tunglvik (e. libration).

Kvartilaskipti tunglsins. Eins og sjá má snýr alltaf sama hlið tunglsins að jörðinni en vegna tunglviks er hægt að sjá örlítið meira en helming yfirborðsins. Mynd: Wikimedia Commons

Tungldagur og tunglmánuður

Tungldagur eða tunglsólarhringur — tíminn sem það tekur tunglið að snúast um möndul sinn — er um það bil fjórar vikur. Kvartilaskipti tunglsins taka líka fjórar vikur frá Jörðu séð og dregur tímaeiningin mánuður nafn sitt af því, þótt almanaksmánuðirnir sem notaðir eru í flestum löndum miðist ekki við kvartil tunglsins. Stjörnufræðingar skilgreina tvenns konar tunglmánuði eftir því hvort umferðartíminn miðist við fastastjörnur eða sólina.

Stjarnbundinn mánuður (e. sidereal month) er umferðartími tunglsins um jörðina miðað við fastastjörnur. Þessi raunverulegi umferðartími tunglsins er 27,32 dagar (27d 7klst 43m 11,5s).

Sólbundinn mánuður (e. synodic month), eða einfaldlega tunglmánuður, er umferðartími tunglsins miðað við sólina, þ.e.a.s. sá tími sem líður frá því að tungl er nýtt, þar til það er aftur nýtt. Sólbundni tunglmánuðurinn er lengri en sá stjarnbundni því jörðin færist áfram á leið sinni umhverfis sólina á meðan kvartilaskipti verða á tunglinu. Milli tunglfyllinga, þ.e. frá því að tungl er nýtt og þar til það er aftur nýtt, þarf tunglið að ferðast meira en 360° á braut sinni um jörðina. Sólbundni tunglmánuðurinn er því um það bil tveimur dögum lengri en stjarnbundni tunglmánuðurinn eða 29,53 dagar (29d 12klst 44m 2,9s). Lengd dagsins á tunglinu er jafn sólbunda tunglmánuðinum.

Báðir tunglmánuðirnir breytast örlítið milli hringferða tunglsins um jörðina, sá stjarnbundi um allt að hálfan dag. Ástæðan er sú að þyngdartog sólar veldur því að tunglið hægir á sér og eykur hraða sinn á ferðalaginu í kringum jörðina en það fer eftir uppröðun sólar, tungls og jarðar. Braut tunglsins breytist líka lítið eitt milli mánaða.

Árstíðir og hitastig

Möndulhalli tunglsins er aðeins 1,54° og því miklu minni en möndulhalli jarðar. Þess vegna eru áhrif árstíðabreytinga á tunglinu hverfandi í flestum tilvikum. Við pólana eru áhrifin mest en þar leikur landslag lykilhlutverk. Þar sést sólin hækka og lækka á himninum um þrjár gráður á ári sem veldur talsverðum breytingum á skuggum og hitastigi. Á fjórum fjallstindum á gígbarmi Peary gígsins við norðurpól tunglsins er eilífur dagur. Þar sest sólin aldrei. Engir sambærilegir tindar eru á suðurpólnum.

Að sama skapi er eilíf nótt í gígbotnum á pólsvæðum tunglsins. Þar rís sólin aldrei og fimbulkuldi ríkir. Með Diviner hitamælitækinu í Lunar Reconnaissance Orbiter mældist 238°C frost í myrkvuðum gígum á suðurpólnum um hásumarið, á hlýjasta degi ársins á tunglinu. Um háveturinn mældist mest 258°C frost við suðvesturbrún gígbotns Hermite gígsins á suðurpólnum. Hvergi hefur jafn lágt hitastig mælst í sólkerfinu. Hér er því um að ræða kaldasta stað sem við vitum um. Líklega þyrfti að ferðast út fyrir Kuipersbeltið til að finna ámóta kalda staði.

Um miðjan dag við miðbaug getur hitastigið farið upp í næstum +130°C en langt niður undir -100°C á næturnar. Við pólana á næturnar getur hitinn hins vegar farið niður í -258°C eins og áður sagði. Tunglið býr því við einar mestu hitasveiflur sem þekkjast í sólkerfinu.

Hitastigskort Diviner af norðurpóli tunglsins sem útbúið var um hávetur á tunglinu. Í Hermite gígnum mældist mesta frost sem mælst hefur í sólkerfinu, -258°C. Á fjórum fjallstindum við Peary gíginn sest sólin aldrei. Mynd: NASA/GSFC/UCLA

Kvartilaskipti

Sjá nánar: Kvartilaskipti

Á himninum sýnast bæði sólin og tunglið ganga með sólbaugnum frá vestri til austurs miðað við fastastjörnurnar. Sólin er reyndar öllu lengur að ganga yfir himininn en tunglið eða eitt ár á meðan tunglið er aðeins fjórar vikur. Á einum mánuði sjáum við kvartilaskipti á tunglinu þegar það vex og dvínar.

Skuggi jarðar er ekki ástæða kvartilaskipta eins og margir halda. Einu skiptin sem jörðin varpar skugga á tunglið er við tunglmyrkva. Tunglmyrkvar verða aðeins þegar tungl er fullt, þ.e.a.s. þegar jörðin er milli tungls og sólar og tunglið gengur inn í jarðskuggann.

Skýringin á bak við kvartilaskiptin er sáraeinföld. Tunglið er hnöttótt og á öllum stundum er annar helmingur þess, sá er snýr að sólinni, baðaður ljósi á meðan hinn helmingurinn, sá sem snýr frá sólinni, er myrkvaður eins og þegar nótt er á jörðinni. Þegar tunglið snýst umhverfis jörðina sjáum við misstóran hluta af upplýsta helmingi tunglsins — hve mikinn ræðst af afstöðu sólar, tungls og jarðar.

Hálft vaxandi tungl á kvöldhimninum. Mynd: Sævar Helgi Bragason

Þegar tunglið er milli jarðar og sólar snýr næturhlið þess að okkur. Þá er talað um nýtt tungl. Nýtt tungl rís með sólinni við sólarupprás og sest við sólsetur. Nýtt tungl sést þar af leiðandi ekki á himninum.

Þegar tunglið heldur áfram á braut sinni í kringum sólina vex það. Þá er gjarnan talað um tungl í fyllingu. Tunglið er vaxandi sigð þegar innan við helmingur þess er upplýstur. Frá norðurhveli jarðar vex tunglið frá hægri til vinstri en öfugt á suðurhvelinu. Vaxandi mánasigð sést alltaf á kvöldin, skömmu eftir sólsetur. Þegar tunglið er vaxandi (eða minnkandi) sigð sést oft jarðskin á næturhlið þess. Jarðskinið má rekja til endurvarps sólarljóss af daghlið jarðar.

Um það bil viku eftir nýtt tungl sjáum við helminginn af upplýsta hluta tunglsins og helminginn af óupplýsta. Það köllum við hálft vaxandi tungl. Tunglið er hálft vaxandi á himninum þegar fjórðungi af hringferð þess umhverfis jörðina er lokið. Því kallast hálft vaxandi tungl líka fyrsta kvartil því þá er fjórðungur liðinn af tunglmánuðinum. Hálft vaxandi tungl rís og sest um það bil sex klukkustundum á undan sólinni; tunglris er í kringum hádegi og tunglsetur í kringum miðnætti.

Stuttu eftir fyrsta kvartil, þegar meira en helmingur tunglsins er upplýstur, er vaxandi gleitt tungl eða gleiðmáni. Tunglið er þá sífellt lengur á himninum á kvöldin og næturnar.

Einni viku eftir fyrsta kvartil — tveimur vikum eftir nýtt tungl — er tunglið á gagnstæðri hlið jarðar frá sólu. Með öðrum orðum er jörðin milli tungls og sólar. Þá snýr allur upplýsti helmingur tunglsins að okkur — öll daghliðin — og er þá fullt tungl. Fullt tungl er á lofti alla nóttina: Það rís alltaf við sólsetur og sest við sólarupprás. Ef tunglið er nákvæmlega gegnt sólu (nærri 180° horni) fer það inn í skugga jarðar og úr verður tunglmyrkvi. 

Fullt tungl rís yfirleitt í austri en á Íslandi getur það risið nær norðri en austri. Um hávetur rís tunglið í norðri og um hásumar í suðri.

Hálft minnkandi tungl. Mynd: Arnold Björnsson

Næstu tvær vikur fer tunglið minnkandi. Þá sjáum við æ minna af upplýsta hluta þess. Á norðurhveli dvínar tunglið frá hægri til vinstri en öfugt á suðurhveli jarðar. Viku eftir fullt tungl er tunglið hálft minnkandi eða á þriðja kvartili. Tveimur vikum eftir fullt tungl er svo aftur nýtt tungl. Minnkandi tungl kemur alltaf upp á himinninn seint á kvöldin, síðla nætur eða árla morguns. Því er tunglið alltaf minnkandi þegar þú sérð það á morgnana.

Minnkandi mánasigð í dögun. Stjarnan hægra megin er reikistjarnan Venus. Mynd: Thierry Legault (birt með leyfi)

Tunglið er um fjórar vikur að ljúka einni umferð um jörðina. Tíminn milli nýrra tungla eða fullra tungla er því fjórar vikur. Staða tunglsins miðað við sólina á himinhvolfinu breytist stöðugt. Við miðum klukkur okkar við sólina og sjáum þess vegna tunglið rísa og setjast á mismunandi tímum á hverjum degi. Að meðaltali rís tunglið og sest um það bil 50 mínútum seinna hvern dag.

Tunglið vex og dvínar á himninum þegar það snýst í kringum jörðina. Frá Jörðinni sjáum við misstóran hluta af upplýstu hlið tunglsins eftir því hvar á braut sinni um jörðina miðað tunglið er miðað við sólina. Á myndinni er líka sýndur munurinn á stjarnbundna og sólbundna tunglmánuðinum (grænt). Myndin gildir um norðurhvel jarðar og er ekki í réttum hlutföllum. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Wikimedia Commons.

Myrkvar

Sjá nánar: Tunglmyrkvi og sólmyrkvi

Annað slagið eru sólin, jörðin og tunglið í því sem næst beinni línu (kallað raðstaða eða okstaða (e. sysygy)). Þegar það gerist getur jörðin varpað skugga á tunglið eða tunglið skugga á jörðina. Slíkir atburðir nefnast myrkvar og eru með fallegustu stjarnfræðilegu sjónarspilum sem sjá má með berum augum.

Tunglmyrkvi verður þegar tunglið gengur inn í skugga jaðar. Þetta gerist aðeins þegar sólin, jörðin og tunglið eru í línu og jörðin milli sólar og tunglsins. Tunglmyrkvar geta því aðeins orðið þegar tungl er fullt og fer inn í skugga jarðar.

Skuggi jarðar er tvískiptur og því eru til þrjár gerðir af tunglmyrkvum: Almyrkvar, deildarmyrkvar og hálfskuggamyrkvar. Gerð myrkans hverju sinni fer eftir því hvernig tunglið færist inn í skugga jarðar. Alskugginn er dimmasti hluti jarðskuggans og þar sést birta sólar alls ekki. Hálfskugginn er hins vegar ekki eins dimmur en innan hans sést hluti sólar.

Þegar tunglið er inni í alskugga jarðar fær það á sig rauðleitan blæ. Þennan lit má rekja til allra sólarlaga og sólarupprása sem umlykja jörðina á þessu augnabliki. Sólarljósið berst í gegnum lofthjúp jarðar sem dreifir rauða litnum síðar en hinum litunum. Ljósið berst til tunglsins og gefur því rauðan lit. Frá yfirborði tunglsins sæi geimfari þunnan rauðan hring umlykja myrkvaða jörð — án efa tignarleg sjón.

Almyrkvi á tungli 28. september 2015. Mynd: Sævar Helgi Bragason

Sólmyrkvi verður þegar tunglið er milli sólar og jarðar. Sólmyrkvar verða því aðeins þegar tungl er nýtt. Frá Jörðu séð gengur tunglið fyrir sólina og varpar skugga á Jörðina. Sú staðreynd að sólin og tunglið eru álíka stór á himninum veldur því að tunglið getur almyrkvað sólina frá Jörðu séð.

Rétt eins tunglmyrkvar eru sólmyrkvar einkum þrenns konar: Almyrkvar, hringmyrkvar og deildarmyrkvar. Á Íslandi sást almyrkvi seinast við suðurströnd landsins árið 1954. Næst sést almyrkvi frá Íslandi 12. ágúst 2026. Í Reykjavík stendur almyrkvinn yfir í 1 mínútu og 10 sekúndur.

Almyrkvi á sólu 21. ágúst 2017 séður frá Wyoming í Bandaríkjunum. Mynd: Sævar Helgi Bragason

Tungl er bæði nýtt og fullt einu sinni á 29,5 daga fresti eða svo. Þrátt fyrir það verða tungl- og sólmyrkvar ekki mánaðarlega því brautarplan tunglsins og brautarplan Jarðar eru ósamsíða. Tunglbrautin hallar fimm gráður frá braut Jarðar og vegna hallans fellur jarðskugginn yfirleitt undir eða yfir tunglið. Að sama skapi fellur skuggi tunglsins (skuggakeilan) alla jafna norður yfir eða suður undir Jörðina.

Ár hvert verða á bilinu tveir til fimm sólmyrkvar (almyrkvar og deildarmyrkar). Tunglmyrkvar (almyrkvar, deildarmyrkvar og hálfskuggamyrkvar) verða álíka oft en þeir geta mest orðið sjö á ári. Almyrkvar á tungli sjást frá allri næturhlið jarðar ólíkt almyrkvum á sólu sem sjást aðeins frá takmörkuðu svæði á jörðinni. Ástæðan er sú að skuggakeila tunglsins er mjög lítil.

Tunglið þekur alltaf um það bil hálfa gráðu á himninum. Þegar tunglið gengur fyrir bjarta stjörnu eða reikistjörnu svo að hún hverfur tímabundið verður svokallaður stjörnumyrkvi.

Aðfaranótt aðfangadags 2007 hvarf Mars á bak við tunglið séð frá Íslandi. Mynd: Björn Jónsson

Flóðkraftar

Sjá nánar: Flóðkraftar

Flóð og fjara eru trúlega augljósustu dæmin um áhrif tunglsins á jörðina. Sjávarföll eiga sér stað fyrir tilverknað þyngdartogs tunglsins á Jörðina, svokallaðra flóðkrafta. Tunglið togar mest í þá hlið Jarðar sem snýr að tunglinu og þar lyftast höfin vegna þyngdartogsins um 1 metra að jafnaði. Tunglið togar líka í miðju Jarðar en ekki jafn mikið og minnst togar það í þá hlið sem snýr frá tunglinu þá stundina. Því má segja að úthöfin sitji eftir á þeirri hlið Jarðar sem snýr frá tunglinu því togkraftur tunglsins á hafið þeim megin er minni en á miðju Jarðar.

Á þeirri hlið Jarðar sem snýr að tunglinu verður háflóð og sama gildir um þá hlið sem snýr frá tunglinu — þar er í raun Jörðin að togast burt frá hafinu. Þar með eru flóðbylgjurnar tvær, hvor sínu megin á Jörðinni. Jörðin snýst innan flóðbylgjunnar einu sinni á sólarhring sem þýðir að tvö flóð koma á hverjum sólarhring á 12,5 klukkustunda fresti að jafnaði.

Stórstreymt. Þegar tungl er fullt eða nýtt eru sól, tungl og Jörð í beinni línu. Þá leggjast flóðkraftar sólar og tungls saman og úr verður stórstreymi. Myndin er augljóslega ekki í réttum hlutföllum. Mynd: Stjörnufræðivefurinn

Áhrif sólar á flóðbylgjuna eru næstum helmingi minni en tunglsins því þyngdarkraftur minnkar hratt með aukinni fjarlægð. Sjávarföll verða hins vegar mest þegar sólin og tunglið mynda beina línu, þegar tungl er fullt eða nýtt. Áhrif sólar og tungls leggjast þá saman og sagt er að þá sé stórstreymt. Séu tungl og sól hornrétt á Jörðina, þ.e. tungl hálft vaxandi eða minnkandi, vega hnettirnir hvor á móti öðrum og er þá smástreymt. Hæst verður flóðhæðin þegar tungl er fullt eða nýtt og næst Jörðu á sama tíma og Jörð er næst sólu. Slíkt er þó fremur fátítt.

Áhrif flóðkrafta gætir líka á tunglinu. Í innviðum tunglsins hleðst upp spenna vegna flóðkraftanna og losnar úr læðingi sem tunglskjálftar.

Tunglið fjarlægist

Flóðkraftarnir valda núningi á snúningi jarðar sem dregur úr hverfiþunga og hreyfiorku hennar. Orkan færist yfir á tunglið sem veldur því að það fjarlægist jörðina. Reglubundnar mælingar á fjarlægð tunglsins með leysigeislum sem skotið er frá jörðinni á spegla sem Apollo tunglfararnir skildu eftir á tunglinu sýna að tunglið fjarlægist jörðina um 3,8 cm á ári. Fyrir vikið lengist dagurinn á jörðinni um 15 míkrósekúndur á öld.

Leysigeislaspegill á Kyrrðarhafinu, lendingarstað Apollo 11, sem enn í dag er notaður til að mæla vegalengdina til tunglsins. Mynd: ALSJ

Þetta þýðir að sólarhringurinn var skemmri áður fyrr og tunglið nær jörðinni. Rannsóknir jarðfræðinga á flóðlögum sýna að fyrir um 600 milljónum ára var sólarhringurinn um 22 klukkustundir og 400 sólarhringar í árinu. Fjarlægðin til tunglsins var þá að meðaltali um 371.000 km og umferðartíminn því örlítið skemmri.

Í fjarlægri framtíð hafa flóðkraftarnir hægt svo á snúningi jarðar að sólarhringurinn verður jafn langur tunglmánuðinum. Báðir verða þá jafngildi 47 núverandi sólarhringa langir. Tunglið fjarlægist jörðina þá ekki lengur og sést aðeins á sömu hlið jarðar. Þetta hefur þegar gerst hjá Plútó og Karoni. Jafnframt verður ekki hægt að sjá almyrkva á sólu því skuggakeila tunglsins mun ekki ná niður á yfirborð jarðar. Sólin verður þá reyndar fyrir löngu orðin rauður risi og hefur ef til vill gleypt jörðina og tunglið.

Stærð og fjarlægð

Tunglið er fimmta stærsta tungl sólkerfisins á eftir Ganýmedesi, Títani, Kallistó og Íó. Það er hlutfallslega stærsti fylgihnöttur sólkerfisins miðað við stærð móðurreikistjörnunnar, að Plútó og Karoni undanskildum.

Tunglið er fjórðungur af þvermáli jarðar en 1/81 hluti af massanum. Massamiðja jarðar og tungls er 1.700 km undir yfirborði jarðar.

Hlutfallsleg stærð jarðar og tunglsins. Myndina tók Deep Impact geimfarið úr 50 milljón km fjarlægð. Mynd: NASA

Fyrir stjarnfræðilega tilviljun er sýndarstærð tunglsins nokkurn vegin jöfn sýndarstærð sólar en bæði fyrirbæri eru um það bil hálf gráða að stærð. Sólin er í raun 400 sinnum stærri en tunglið að þvermáli en líka 400 sinnum lengra í burtu. Þess vegna sýnast báðir hnettir álíka stórir á himninum.

Tunglið er í um 385.000 km fjarlægð frá miðju jarðar að meðaltali. Tunglið er á sporöskjulaga braut um jörðina (víkur 5,49% frá hringlögun) svo fjarlægð þess frá jörðinni er breytileg. Einu sinni í mánuði eða svo er tunglið í jarðnánd, þá á bilinu 356.400-370.000 km frá jörðinni. Hálfum mánuði síðar er það fjærst jörðu eða í jarðfirð, þá milli 404.000-406.700 km í burtu.

Breytileg fjarlægð tungls frá jörðinni veldur örlítilli breytingu á sýndarstærð tunglsins á himninum. Munurinn er hins vegar lítill og vart greinanlegur með berum augum. Þegar fullt tungl er í jarðnánd er það um 30% bjartara og 14% stærra en fullt tungl í jarðfirð. Þessi birtuaukning er sömuleiðis vart greinanleg.

Myndun tunglsins

Sjá nánar: Myndun tunglsins

Sönnunargögn benda til þess að tunglið hafi myndast við árekstur jarðar og smáhnattar á stærð við Mars fyrir um 4,5 milljörðum ára.

Árekstrarkenningin var fyrst sett fram af tveimur vísindamönnum, William Hartmann og Donald Davis, árið 1975. Þeir byggðu hana á reiknilíkönum sem sýna dreifingu smáhnatta í nýmynduðu sólkerfi og lögðu til að mögulega hafi tunglið myndast við árekstur slíks hnattar og frumjarðarinnar.

Kenningin er studd gögnum frá Apollo tunglleiðöngrunum. Við áreksturinn hnattarins við frumjörðina myndaðist tunglið sem er hlutfallslega næststærsta tungl sólkerfisins og hefur því mikil áhrif á Jörðina.

Áður en árekstrarkenningin kom til sögunnar höfðu nokkrar aðrar kenningar komið fram á sjónarsviðið, en engin þeirra stóðst miðað við þau eðlisfræðilögmál sem við þekkjum auk þess sem sannanir fyrir þeim skorti.

Innri gerð

Rannsóknir á tunglskjálftum og segulsviði og þyngdarsviði tunglsins hafa hjálpað okkur að draga upp mynd af innri gerð þess. Eðlismassi tunglsins er mun minni (3.346 kg/m³) en eðlismassi jarðar sem bendir til þess að það sé málmsnauðara en jörðin. Gögn stjörnufræðinga sýna að tunglið skiptist í kjarna, möttul og skorpu eins og jörðin. Þessi skipting er talin afleiðing hlutkristöllunar í kvikuhafi stuttu eftir myndun tunglsins fyrir um 4,5 milljörðum ára. Þung efni eins og málmar sukku í átt að kjarna en léttari efni færðust ofar.

Innviðir tunglsins. Innst er fastur járnkjarni, síðan fljótandi ytri kjarni og loks hlutbráðið lag. Þar fyrir ofan er möttullinn og loks skorpan. Mynd: NASA/MSFC/Renee Weber/Stjörnufræðivefurinn

Segulmælingar sýna að tunglið hefur ekkert hnattrænt segulsvið en í tunglgrjótinu hafa engu að síður fundist merki um nokkuð sterkt segulsvið þegar bergið storknaði fyrir milljörðum ára. Það, auk nákvæmra mælinga á áhrifum flóðkrafta jarðar á hreyfingar tunglsins og greining á tunglskjálftum, bendir til þess að tunglið hafi járnkjarna sem ekki er ósvipaður kjarna jarðar. Tunglið hefur fastan, járnríkan innri kjarna með nærri 240 km radíus og fljótandi, járnríkan ytri kjarna með 330 km radíus. Þar fyrir ofan, í kringum kjarnann, er hlutbráðið millilag úr léttum frumefnum eins og brennisteini en radíus þess er um 480 km. Líklegt er að hitastigið í kjarnanum sé um 1.400 gráður á Celsíus, mun lægra en í jörðinni.

Þegar tunglið var bráðið myndaði hlutkristöllun kvikuhafsins basískan möttul þegar steindir á borð við ólivín, klínópýroxen og orþópýroxen féllu út og sukku niður á við. Sýni sem tekin hafa verið af flæðibasaltinu í tunglhöfunum staðfesta að möttullinn er basískur en þó járnríkari en möttull jarðar. Nýlegar rannsóknir benda til að vatn sé bundið í möttlinum í nokkru magni.

Þegar kvikuhafið var um 3/4 kristallað gátu eðlisléttari plagíóklassteindir myndast, flotið upp á við og myndað skorpuna. Þess vegna er skorpan að mestu úr anortósíti. Efnagreining á tunglgrýti sýnir að skorpan er að mestu úr efnum á borð við súrefni, kísli, magnesíumi, járni, kalsíumi og áli en einnig títani, úrani, þóríni, natríni og vetni í snefilmagni.

Tunglskjálftamælingar sýna að skorpan er þykkari á fjærhlið tunglsins. Á nærhliðinni er skorpan að meðaltali 60 km þykk en allt að 100 km þykk á fjærhliðinni. Til samanburðar er þykkt jarðskorpunnar um 5 km undir höfunum en 35 til 40 km undir meginlöndunum. Þessi ójafna massadreifing skýrir að hluta hvers vegna höf eru miklu algengari á nærhlið tunglsins og á líka sinn þátt í að halda halda möndulsnúningi tunglsins bundnum svo að við sjáum alltaf sömu hlið þess. Mælingar GRAIL sýndu vel fram á þetta.

Tunglskjálftar

Skjálftamælarnir sem Apollo tunglfararnir settu upp á tunglinu reyndust ómetanlegir í rannsóknum á innviðum tunglsins, rétt eins og á innviðum jarðar. Á jörðinni valda flekahreyfingar jarðskjálftum en á tunglinu valda flóðkraftar jarðar tunglskjálftum. Flóðkraftar jarðar toga og teygja innviði tunglsins — hve mikið veltur á fjarlægð tunglsins frá jörðinni. Þegar tunglið snýst á sporöskjulaga braut sinni umhverfis jörðina breytist fjarlægðin milli jarðar og tungls. Flóðkraftarnir byggja upp spennu sem er mest þegar tunglið er næst jörðinni. Einmitt þá mældust skjálftar tíðastir á tunglinu.

Skjálftamælir (silfurlitaða tækið í forgrunni) á tunglinu sem tunglfarar Apollo 16 komu fyrir í apríl 1972. Í bakgrunni er fjarskiptatæki. Mynd: NASA

Skjálftar eru mun fátíðari á tunglinu en jörðinni. Á meðan mælarnir voru í gangi milli 1969 og 1977 mældust aðeins um 3000 skjálftar á ári. Allir voru þeir mjög veikir eða á bilinu 0,5 til 1,5 stig og flestir á um 600 til 800 km dýpi.

Á jörðinni marka dýpstu jarðskjálftarnir mörkin milli stinnhvolfsins og linhvolfsins. Því var sú ályktun dregin að stinnhvolf tunglsins næði niður á 800 km dýpi en til samanburðar er stinnhvolf jarðar 50 til 100 km þykkt.

Tunglskjálftamælarnir voru það næmir að með þeim var hægt að greina loftsteina á stærð við appelsínu og stærri sem rákust einhvers staðar á tunglið. Gögnin sýndu að dag hvern rekast um 80 til 150 loftsteinar á bilinu 0,1 til 1000 kg á tunglið.

Jarðfræði

Jarðfræði tunglsins er gerólík jarðfræði jarðar. Tunglið hefur (nánast) engan lofthjúp, ekkert rennandi vatn og engar flekahreyfingar sem valdið geta veðrun og rofi á yfirborðinu; minni þyngdarkraft og, vegna smæðar sinnar, kólnar það miklu hraðar en jörðin. Með berum augum sést að yfirborðið skiptist gróflega í tvennt. Ljósu svæðin eru hálendi en dökku svæðin eru höf. Með stjörnusjónauka sést að bæði hálendið og höfin eru þakin loftsteinagígum, hálendið þó sínu meira. Á tunglinu eru greinileg merki um eldvirkni í fjarlægri fortíð en einnig í nýlegri fortíð.

Steindakort af yfirborði tunglsins, sem búið var til úr gögnum frá Moon Mineralogy Mapper mælitækis NASA í indverska gervitunglinu Chandrayaan-1, sýnir vel þau efni sem yfirborð tunglsins geymir. Á myndinni hér undir eru grænu, fjólubláu og bláu svæðin járnrík basalthraun, ekki ósvipuð þeim hraunum sem við finnum Íslandi. Rauðu og bleiku svæðin innihalda steindina plagíóklas. Plagíóklas er ljósleit steind og meginuppistaðan í anortósíti sem er einkennisberg hálendisins á tunglinu.

Steindakort af yfirborði tunglsins. Mynd: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown Univ.

Gígar

Yfirborð tunglsins er þakið gígum sem urðu til þegar loftsteinar, smástirni og halastjörnur rákust á það. Áætlað er að á nærhliðinni einni séu um það bil 300.000 gígar stærri en 1 km í þvermál. Af þeim sjást á að giska 30.000 í gegnum áhugamannasjónauka frá jörðinni. Nærmyndir af tunglinu sýna hins vegar milljónir gíga sem eru of smáir til að sjást frá jörðu.

Á 17. öld varð til sú hefð að nefna stærstu gígana eftir frægum heimspekingum, stærðfræðingum og öðrum vísindamnönnum eins og Plató, Aristótelesi, Pýþagórasi, Kópernikusi, Tycho Brahe og Kepler. Frá Jörðu séð er gígurinn Tycho einna mest áberandi.

Yfirborð tunglsins er mjög gígótt. Hér sést gígurinn Tycho á suðurhveli tunglsins og efnisrákir sem liggja frá honum. Mynd: Steve Mandel, Hidden Valley Observatory

Tunglið hefur næfurþunnan lofthjúp svo veðrun er lítil sem engin. Því eru gígarnir margir hverjir mjög vel varðveittir. Í árdaga sólkerfisins mynduðust árekstragígar nær stöðugt svo hægt er að telja gíga á ákveðnu svæði til að áætla aldur yfirborðsins. Því gígóttara sem svæði er, því eldra er það. Mælingar á geislavirkum samsætum í tunglgrjóti sem Apollo tunglfararnir sneru með til jarðar frá tunglinu sýna að fyrir 3,8 til 4,1 milljarði ára varð líklega árekstrahrina, síðbúna árekstrarhrinan svonefnda, en þá urðu flestir gígarnir til.

Slóð eftir 10 metra breitt bjarg sem runnið hefur niður hæð á tunglinu og staðnæmst ofan í um 60 metra breiðum gíg. Myndin sýnir svæði sem er 500 metrar á kannt. Myndin var tekin með LROC myndavélinni í Lunar Reconnaissance Orbiter.

Höf

Stóru dökku svæðin á tunglinu, sem minna stundum á mannsandlit eða önnur form, til dæmis kanínu, eru kölluð höf (maria í fleirtölu á latínu, mare í eintölu). Hugtakið „höf“ á rætur að rekja til stjörnufræðinga á 17. öld sem héldu að dökku svæðin væru raunveruleg höf. Þeir gáfu þeim rómantísk nöfn sem vísa til veðurfyrirbæra og geðlags eins og Friðarhafið, Skýjahafið, Stormahafið, Rósemishafið og Regnhafið.

Ísland í samanburði við Haf Kyrrðarinnar á tunglinu. Mynd: NASA/GSFC/Arizona State University/Stjörnufræðivefurinn/Hermann Hafsteinsson

Tunglhöfin eiga þó ekkert skylt til við jarðnesk höf. Þau eru stórar, dökkar þóleiítbasaltsléttur sem urðu til þegar hraunkvika vall upp á yfirborðið. Höfin endurvarpa minna sólarljósi en hálendið í kring vegna ólíkrar efnasamsetningar og sýnast þess vegna dekkri. Tunglbasaltið inniheldur engar vatnaðar steindir og er járn- og títanríkara en jarðneskt basalt sem gerir það mjög dökkt. Í höfunum eru eldfjöll eins og dyngjur og bungur.

Höfin þekja 16% af heildaryfirborði tunglsins. Mest er um þau á nærhlið tunglsins þar sem þau þekja um 31% yfirborðsins en aðeins 2% fjærhliðarinnar þar sem þau eru líka smærri og að mestu í stórum gígum eins og Tsiolkovsky. Ekki er vitað nákvæmlega hvers vegna svo er en talið er að ástæðan sé magn hitamyndandi frumefna undir skorpunni á nærhliðinni eins og fram kemur á jarðefnakorti sem gert var með gögnum frá Lunar Prospector gervitunglinu. Þessi hitamyndandi frumefni ollu hlutbráðnun í möttulefni undir skorpunni sem síðan reis og gaus upp á yfirborðið.

Gígar eru færri í höfunum en á hálendinu. Það bendir til þess að höfin séu tiltölulega ung og hraunið sem myndaði þau hljóti að hafa orðið til á síðari stigum jarðsögu tunglsins. Aldursgreining á tunglgrjóti sýnir að basaltið í höfunum er yfirleitt milli 3 til 3,5 milljarða ára en talning á gígum sýnir að eitt yngsta svæðið, Stormahafið á nærhliðinni, er rétt rúmlega 1 milljarða ára.

Tsiolkovsky gíguirnn á fjærhlið tunglsins. Myndina tók tunglfarinn Dave Scott í Apollo 15 árið 1971 úr 90 km hæð yfir tunglinu. Gígurinn er eitt mest áberandi kennileiti fjærhliðarinnar. Hann er 180 km breiður og í miðju hans er stærðarinnar fjall sem rís úr basalhraunbreiðu.

Lunar Reconnaissance Orbiter geimfar NASA hefur fundið um 70 ungleg hraun á nærhlið tunglsins. Hraunin ungu benda til þess að eldgos hafi orðið á tunglinu innan síðustu 100 milljón ára.

Höfin eru hringlaga, rétt eins og gígarnir, sem bendir til þess að þau séu dældir sem urðu til við mikla árekstra stórra smástirna. Eftir árekstrana fylltust dældirnar smám saman af hrauni. Þessi kenning skýrir líka bogadregnu fjallgarðana sem umlykja dældirnar.

Undir tunglhöfunum hafa fundist massaþéttur eða þéttingar (e. mascons). Þéttingar eru jákvæð frávik í þyngdarsviði tunglsins (þyngdartogið er aðeins meira þar en annars staðar) og hafa því töluverð áhrif á brautir gervitungla um tunglið. GRAIL geimför NASA fundu út að þessi þéttu svæði urðu til þegar stór smástirni eða halastjörnur rákust á tunglið snemma í sögu þess, þegar innviðirnir voru heitari en í dag. Gögnin frá GRAIL sýna hvernig létta tunglskorpan lagðist saman við þéttan möttulinn við högg árekstursins og massaþétturnar mynduðust.

Hálendi

Ljósu svæðin sem umlykja tunglhöfin eru kölluð meginlönd því stjörnufræðingar á 17. öld töldu þau rísa upp úr höfunum eins og meginlönd jarðar. Hæðarmælingar sýna einmitt að höfin eru um það bil 2 til 5 km undir meðalhæð yfirborðsins á meðan meginlöndin eru nokkra kílómetra yfir meðalhæðinni. Ljósu svæðin eru þess vegna líka nefnd hálendi tunglsins og eru um 84% af yfirborðinu.

Fjærhlið tunglsins er að mestu hálendi. Mest áberandi kennileitið er Suðurpóls-Aitken dældin, stærsti þekkti gígur sólkerfisins. Mynd: NASA/Goddard/Arizona State University

Aldursgreining á grjóti frá hálendinu, sem aðallega var safnað í leiðangri Apollo 16, sýnir að hálendið er um 4 til 4,4 milljarða ára gamalt. Ljósa litinn má rekja til anortósíts sem er ljósleitt berg sem inniheldur efni eins og kísil, kalsíum og ál. Á jörðinni finnst anortósít einkum í mjög gömlum fjallgörðum eins og Adirondack í austanverðum Bandaríkjunum en hefur líka fundist í Hrappsey í Breiðafirði.

Þegar sovéska geimfarið Luna 3 tók fyrstu ljósmyndirnar af fjærhlið tunglsins árið 1959 kom það vísindamönnum mjög á óvart að sjá þar nánast engin höf heldur endalaust hálendi. Talið er að skorpan á fjærhliðinni sé þykkari en skorpan á nærhliðinni. Skorpan þar er líklega það þykk að álíka stórir árekstrar og skópu höfin á nærhliðinni ristu ekki nægilega djúpt.

Fjærhlið tunglsins er þakin árekstrargígum eins og nærhliðin. Mest áberandi kennileitið á fjærhliðinni er Suðurpóls-Aitken dældin, stærsti þekkti gígur sólkerfisins. Suðurpóls-Aitken dældin er um 2.500 km í þvermál — um það bil jafnstór meginlandi Evrópu — og 12 km djúp.

Nákvæmasta hæðarkort sem gert hefur verið af yfirborði tunglsins. Sýnd er fjærhliðin. Mest áberandi er mikil lægð á suðurhvelinu, Suðurpóls-Aitken árekstrardældin, sem er stærsti gígur sólkerfisins. Mismunandi litir tákna mismunandi hæð. Hvítt sýnir svæði sem ná meira en 10 km upp fyrir meðalhæð yfirborðsins en fjólublái liturinn sýnir svæði sem eru meira en 9 km undir meðalhæðinni. Kortið var unnið úr gögnum sem WAC myndavélin og LOLA hæðarmælirinn í Lunar Reconnaissance Orbiter öfluðu. Mynd: NASA Goddard Space Flight Center/DLR/ASU

Tunglgrýti

Mannaðar tunglferðir Bandaríkjamanna milli 1969 og 1972 og ómannaðar sýnasöfnunarferðir Sovétmanna milli 1970 og 1975  hafa kennt okkur mest af því sem við vitum um bergfræði tunglsins. Í heildina sneru Apollo geimfararnir með 381,7 kg af tunglgrjóti til jarðar.

Allt berg á tunglinu er storkuberg. Þar finnst ekkert setberg eða myndbreytt berg (nema storkuberg sem hefur orðið fyrir árekstrarmyndbreytingu). Það bendir til þess að yfirborð tunglsins hafi eitt sinn verið albráðið. Storkuberg á tunglinu inniheldur mjög svipaðar steindir og storkuberg á jörðinni en þó ekki vatnaðar steindir.

Tunglhöfin eru úr basalti, svipuðu því sem finnst á Íslandi þótt það innihaldi meira járn og títan. Hálendið er að úr ljósleitu plagíóklasríku bergi sem kallast anortósít. Anortósítið er eðlisléttara en basaltið og því er talið að það hafi risið upp á við þegar allt yfirborðið var bráðið í árdaga tunglsins.

Þótt anortósít sé algengasta bergið sem finnst á hálendinu voru flest sýnin sem tekin voru þaðan árekstrabrotaberg. Brotaberg er úr ýmsu bergi sem tvístraðist, blandaðist og límdist saman eftir árekstra.

„Sköpunarsteinninn“ er anortósít sem Dave Scott og James Irwin í Apollo 15 náðu í á tunglinu árið 1971. Steinninn er um 4,1 milljarða ára gamall. Mynd: NASA

Berghula

Tunglið hefur hvorki höf (úr vatni) né lofthjúp (svo taki að nefna) til að valda veðrun á yfirborðinu. Svo til eina veðrunarferlið er því þeir milljarðar loftsteina sem dunið hafa á yfirborðinu í milljarða ára. Við árekstra loftsteina og smástirna mylst berg í fínt, duftkennt lag úr bergbrotum og ryki sem kallast berghula (e. regolith). Fínustu agnirnar í berghulunni eru hvassar en ekki rúnaðar eins og á jörðinni og auk þess glerjaðar vegna hitans sem myndast við árekstrana. Berghulan loðir saman þótt hún sé mjög þurr og að sögn Apollo tunglfaranna lyktar hún eins og brennisteinspúður. Samskonar berghulur eru á yfirborðum smástirna.

Fótspor Buzz Aldrin í berghulu tunglsins. Mynd: NASA

Berghulan er misþykk. Hún er venjulega frá því að vera 2 metrar að þykkt í höfunum en allt að 20 metra þykk á hálendinu. Hún er stundum svo þétt í sér að tunglfararnir þurftu gjarnan að nota bor eða hamar til að ná í sýni úr henni. Undir berghulunni er brotinn berggrunnur.

Með tímanum dökknar berghulan vegna stöðugs ágangs sólvindsins eða geimveðursins. Þess vegna dofna og hverfa ljósleitar rákir sem liggja frá gígum með tímanum. Agnir sólvindsins geta orðið innlyksa í ögnum berghulunnar svo hægt er að kanna breytingar á virkni sólar í gegnum tíðina með því að rannsaka samsætur berghuluna.

Vatn

Vatn getur ekki verið á fljótandi formi á tunglinu vegna skorts á þykkum lofthjúpi. Því var lengi vel talið að tunglið væri skraufþurrt.

Vísindamenn veltu hins vegar lengi fyrir sér þeim möguleika á að vatnsís væri að finna á tunglinu. Ís gæti hafa borist þangað með halastjörnum í gegnum tíðina og safnast fyrir undir yfirborðinu. Litu menn þá sérstaklega til pólsvæðanna. Á pólunum eru djúpir gígar þar sem sólarljóss nýtur aldrei. Í eilífu myrkri eru gígarnir sannkallaðir kuldapollar — með köldustu stöðum sólkerfisins — þar sem hitastigið fer aldrei upp fyrir -173°C. Þar gæti ís notið skjóls frá hita sólar og viðhaldist í milljarða ára.

Neðst á myndinni sést norðurbrún Cabeus gígsins á suðurpóli tunglsins. Botn hans er í varanlegum skugga og þar fundust merki um vatnís. Myndin var tekin með LROC myndavélinni í Lunar Reconnaissance Orbiter. Mynd: NASA/GSFC/Arizona State University

Sýnin sem Apollo tunglfararnir sneru með heim til jarðar sýndu lítil sem engin merki um vatn. Árið 2011 var þó tilkynnt að fundist hefði örlítið vatn í innlyksum í appelsínugula eldfjallajarðveginum sem tunglfarar Apollo 17 söfnuðu árið 1972. Þessar innlyksur mynduðust við sprengigos á tunglinu fyrir um 3,7 milljörðum ára. Ef vatn yrði kreist úr öllu grjótinu sem tunglfararnir söfnuðu myndi það fylla eina matskeið eða svo.

Til tíðinda dró árið 1994 þegar Clementine gervitunglið varði tveimur mánuðum í rannsóknir á braut um tunglið. Merkustu niðurstöður Clementine voru ratsjármælingar sem sýndu eitthvað á botni myrkvuðu gíganna á pólsvæðunum sem hafði svipaða endurvarpseiginleika og ís. Vísindamenn greindi á um mælingarnar og túlkuðu með ýmsu móti.

Árið 1997 sendi NASA Lunar Prospector geimfarið á braut um tunglið. Í farmi geimfarins var litrófsriti sem gat mælt vetni í efsta hluta berghulunnar á tunglinu. Í ljós kom að við póla tunglsins er miklu meira vetni í berghulunni en annars staðar á tunglinu. Þótti það sterkt vísbending um að vatnsís væri þar að finna. Enn voru menn þó fullir efasemda og niðurstöðurnar því umdeildar. Margir bentu á að vetnið gæti hafa borist í gígana með öðrum hætti, t.d. sólvindinum.

Árið 2009 notaði rannsóknarteymi frá Brownháskóla, Marylandháskóla og Jarðvísindastofnun Bandaríkjanna (USGS) litrófsgögn frá Cassini og Deep Impact geimförum NASA og indverska geimfarinu Chandrayaan 1 til að sýna fram á vatn á yfirborði tunglsins. Um er að ræða örþunna vatnsfilmu sem þekur stóran hluta yfirborðsins og er því um þónokkurt magn að ræða í heildina.

Kort Moon Mineralogy Mapper mælitækis NASA í Chandrayaan-1 gervitunglinu sem sýnir ummerki vatns og hýdroxýls (blátt). Mynd: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown Univ./USGS

Mælingar Deep Impact náðu yfir allt yfirborð tunglsins og sýndu að magnið breytist með hitastigi, þ.e. dægursveiflu. Ennfremur fundust sterk sönnunargögn fyrir bæði vatni og hýdroxýli (OH-), þ.e. vatnssameindar sem misst hefur annað vetnisatóm sitt.

Þessi uppgötvun kom stjörnufræðingum mjög á óvart því þangað til höfðu engin sönnunargögn stutt tilvist vatns á tunglinu. Þrátt fyrir þessa örþunnu vatnsfilmu er tunglið þurrara en þurrasta eyðimörk á jörðinni.

Síðar sama ár, þann 9. október 2009, sendi LCROSS geimfar NASA 2.300 kg skeyti ofan í Cabeus, myrkvaðan gíg á suðurpóli tunglsins. Við áreksturinn steig upp mökkur sem í mældist um það bil 150 kg af vatni.

Í mars árið 2010 tilkynnti NASA að Mini-SAR ratsjáin í Chandrayaan-1 hefði greint merki um tveggja metra þykk íslög við norðurpólinn sem innihéldu að minnsta kosti 600 milljónir tonna af tiltölulega hreinum vatnsís.

Vatnið á tunglinu gæti hafa borist þangað með halastjörnum, smástirnum og loftsteinum, eða myndist stöðugt á staðnum þegar róteindir (vetnisjónir) úr sólvindinum rekast á steindir sem hafa súrefni.

Rannsóknir á tunglinu

Menn áttuðu sig snemma á göngu tunglsins um himinhvolfið. Á 5. öld f.Kr. höfðu babýlónískir áttað sig á Saros tímabilinu sem lýsir 18 ára endurtekningu tungl- og sólmyrkva. Gríski stjörnufræðingurinn Þales frá Míletus er sagður hafa spáð fyrir um sólmyrkva sem varð 585 f.Kr. sem varð í miðri styrjöld. Sjónarspilið fékk svo á hermennina að þeir lögðu niður vopn og lýstu yfir friði.

Á 4. öld f.Kr. sýndi kínverski stjörnufræðingurinn Shi Sheen hvernig spá mætti fyrir um sól- og tunglmyrkva. Um svipað leyti ályktaði forngríski heimspekingurinn Anaxagóras að tunglið endurvarpaði ljósi frá sólinni.

Á 2. öld f.Kr. setti Seleukus frá Seleukía fram þá tilgátu að flóð og fjara væru af völdum tunglsins og að hæð þeirra ylti á staðsetningu tungls miðað við sól. Skömmu síðar reiknaði Aristarkos stærð og fjarlægð tunglsins frá jörðinni og taldi það um það bil tuttugu jarðradíusa í burtu. Síðar betrumbætti Ptólmæos þessar tölur þegar hann reiknaði út að tunglið væri 59 jarðradíusa í burtu og 0,292 jarðþvermál að stærð. Þessi gildi eru mjög nálægt því að vera rétt (60 jarðradíusar og 0,273 jarðþvermál).

Á miðöldum, áður en sjónaukinn kom til sögunnar, töldu margir að tunglið væri fullkomlega sléttur hnöttur. Árið 1609 sýndi Galíleó Galílei fram á með sjónauka að á tunglinu voru hæðir og lægðir, gígar og fjöll. Hann birti teikningar sínar af tunglinu í bók sinni Sidereus Nuncius sem kom út árið 1610. Kortlagning á tunglinu hófst í kjölfarið. 

Árið 1647 birti þýsk-pólski stjörnufræðingurinn Jóhannes Hevelíus kort sitt af tunglinu. Það var fyrsta kortið sem sýndi þau svæði sem sjást vegna tunglviks.

Kort Jóhannesar Hevelíusar frá 1647. Þetta er fyrsta kortið sem sýnir þau svæði sem sjást vegna tunglviks.

Á 17. öld bjuggu þeir Giovanni Battista Riccioli og Francesco Maria Grimaldi til kort af tunglinu og innleiddu það nafnakerfi sem við notum í dag. Á kortunum voru dökku svæðin nefnt höf en ljósu svæðin meginlönd.

Á fyrri hluta 19. aldar eimdi enn af möguleikanum á að tunglið væri lífvænlegt og að þar þrifist líf. Árið 1835 birtust sex gabbgreinar í dagblaðinu New York Sun sem lýstu uppgötvun á lífi og menningarsamfélagi á tunglinu. Sagt var að John Herschel, frægasti stjörnufræðingur þess tíma, hefði uppgötvað það. Fjölmargir féllu fyrir gabbinu.

Milli 1834-37 birtu þeir Wilhelm Beer og Johann Heinrich Mädler bækur sínar Mappa Selenographica og Der Mond þar sem þeir sýndu fram á að tunglið var lífsnauður hnöttur: Þar væri hvorki vatn né lofthjúpur. Þeir reiknuðu út hæð meira en þúsund fjalla á tunglinu með aðferðum hornafræðinnar og var það í fyrsta sinn sem það var gert. Á þessum tíma voru gígarnir á tunglinu álitnir eldgígar en árið 1870 setti enski stjörnufræðingurinn Richard Proctor fram þá tilgátu að gígarnir hefðu orðið til við árekstra.

Tunglferðir Sovétmanna

Ferðalög til tunglsins hófust árið 1959 þegar Sovétmenn sendu þangað þrjú lítil ómönnuð geimför: Luna 1 sem var fyrsta geimfarið sem flaug framhjá tunglinu; Luna 2 sem var fyrsta geimfarið sem brotlenti á tunglinu og Luna 3 sem tók fyrstu nærmyndirnar af fjærhlið tunglsins.

Árið 1966 lenti Luna 9 fyrst geimfara á tunglinu. Sama ár komst Luna 10 á braut um tunglið, fyrsta geimfara. Bæði voru að sjálfsögðu ómönnuð. Upp úr 1970 sendu Sovétmenn þrjú ómönnuð sýnasöfnunargeimför til tunglsins, Luna 16 árið 1970, Luna 20 árið 1972 og Luna 24 árið 1976. Samanlagt sneru þau aftur til jarðar með 0,3 kg af jarðvegi og tunglgrjóti.

Árið 1970 og 1973 óku tveir ómannaðir sovéskir Lunokhod tunglbílar um yfirborðið. Lunokhod 1 lenti á Regnhafinu 17. nóvember 1970 og var fyrsti fjarstýrði færanlegi þjarkinn sem sendur var til annars hnattar. Bíllinn ók 10,5 km fram í september 1971, tók yfir 20.000 ljósmyndir og gerði fjölmargar rannsóknir á yfirborði tunglsins. 

Lunokhod 2 lenti í Le Monnier gígnum 15. janúar 1973. Hann var nokkuð fullkomnari en fyrirrennari sinn. Hann starfaði í fjóra mánuði, ók 37 km og tók yfir 80.000 ljósmyndir.

Lunokhod tunglbíll Sovétmanna.

Ómannaðar tunglferðir Bandaríkjamanna

Tilraunir Bandaríkjamanna hófust skömmu eftir 1960 með Ranger verkefninu. Ranger geimförin voru útbúin sex myndavélum sem tóku nærmyndir af yfirborði tunglsins í nokkrar mínútur áður en þau brotlentu. Þessar myndir sýndu mun meiri smáatriði en bestu myndir sem teknar höfðu verið frá jörðinni.

Árið 1966 og 1967 var fimm Lunar Orbiter geimförum komið á braut um tunglið og kortlögðu 99,5% af yfirborðinu í góðri upplausn. Sumar þessara mynda komu að góðum notum þegar lendingarstaðir Apollo voru valdir.

Milli júní 1966 og janúar 1968 lentu fimm bandarísk Surveyor geimför á tunglinu og lögðu línurnar fyrir Apollo tunglferðirnar. Surveyor 1 lenti fjórum mánuðum á eftir Luna 9. Meginmarkmið Surveyor verkefnisins var að lenda mjúklega á yfirborðinu, gera á því rannsóknir og taka ógrynni ljósmynda.

Árið 1969 lenti Apollo 12 örskammt frá Surveyor 3 sem hafði lent á Stormahafinu tveimur og hálfu ári fyrr. Tunglfararnir tóku myndavél geimfarsins með heim til jarðar. Hún er nú til sýnis í Smithsonian Loft- og geimferðasafninu í Washington D.C. í Bandaríkjunum.

Tunglfarinn Alan Bean skoðar Surveyor 3 á Stormahafinu. Tunglferjan Intrepid í bakgrunni. Mynd: NASA

Mannaðar tunglferðir

Sjá nánar: Apollo geimáætlunin

Milli áranna 1968 og 1972 ferðuðust menn til tunglsins. Í desember árið 1968 komust þrír geimfarar um borð í Apollo 8 á braut um tunglið í fyrsta sinn.

Jarðarupprás. Mynd: Bill Anders/Apollo 8

Fyrsta mannaða lendingin fór fram 20. júlí 1969 þegar tunglferja Apollo 11 lenti á Kyrrðarhafinu. Geimfararnir Neil Armstrong og Buzz Aldrin stigu þá fyrstir manna fæti á tunglið.

Apollo 12 lenti á Stormahafinu, skammt frá öðru geimfari, Surveyor 3, sem hafði lent þar tveimur og hálfu ári áður. Spenging í þjónustufari Apollo 13 kom í veg fyrir að hægt yrði að lenda á tunglinu í þeim leiðangri en geimförunum tókst að snúa heim til jarðar heilir á húfi.

Bið varð á frekari tunglferðum þar til ljóst varð hvað olli sprengingunni í Apollo 13. Þann 31. janúar 1971 hófust Apollo tunglferðirnar á ný þegar Apollo 14 var skotið á loft. För þess var heitið til Fra Mauro sem var fyrirhugaður lendingarstaður Apollo 13.

Í þremur seinustu tunglferðunum var meiri áhersla lögð á vísindi en áður og lengri dvöl á tunglinu. Í Apollo 15 dvöldu tunglfararnir Dave Scott og James Irwin í þrjá daga á tunglinu og fóru í þrígang í tunglgöngu í Hadley Rille. Í för Apollo 16 var í fyrsta sinn förinni heitið á hálendissvæði tunglsins.

Tunglfarinn Jim Irwin úr Apollo 15 fyrir framan tunglferjuna og tunglbílinn. Mynd: NASA

Apollo 17 var seinasta tunglferð Apollo geimáætlunarinnar. Í fyrsta sinn var vísindamaður í áhöfninni, jarðfræðingurinn Harrison Schmitt. Apollo 17 lenti í Taurus-Littrow dalnum á tunglinu. Í Apollo 15, 16 og 17 var tunglbíll með í för sem gerði tunglförunum kleift að ferðast mun lengra en áður.

Könnun tunglsins frá 1990

Eftir tunglferðir Sovétmanna og Bandaríkjamanna hafa fleiri þjóðir tekið þátt í rannsóknum á tunglinu. Árið 1990 komu Japanir ómannaða geimfarinu Hiten á braut um tunglið.

Árið 1994 sendu Bandaríkjamenn Clementine til tunglsins en það var sameiginlegur leiðangur varnarmálaráðuneytisins og NASA. Clementine varði meira en tveimur mánuðum á braut um tunglið og kortlagði yfirborð þess í sýnilegu, útfjólubláu og innrauðu ljósi í góðri upplausn. Það gerði mönnum kleift að rannsaka efnasamsetningu yfirborðsins betur en áður. Forvitnilegast var að Clementine fann merki um töluvert magn vatnsíss í varanlega skyggðum gígum á suðurpól tunglsins.

Árið 1998 sendi NASA Lunar Prospector geimfarið til tunglsins. Mælitæki þess fundu merki um vetni við pólana sem þótti renna stoðum undir uppgötvun Clementine geimfarsins. Í leiðangurslok í júlí 1999 var Lunar Prospector látið brotlenda í gíg á suðurpólnum í þeirri von að strókur með vatnsgufu kæmi upp við áreksturinn. Tugir sjónauka á jörðu niðri fylgdust með árekstri geimfarsins en engin merki um vatnsgufu sáust í gögnunum. Rannsóknir sem gerðar voru með útvarpssjónaukum á jörðinni bentu til þess að ef ís var á annað borð að finna á pólum tunglsins væri hann nokkrir sentímetrar á þykkt í mesta lagi.

Þann 15. nóvember 2004 komst evrópska geimfarið SMART-1 á braut um tunglið og gerði fyrstu nákvæmu kortlagninguna á efnum á yfirborðinu. Geimfarið var látið rekast á tunglið 3. september 2006.

Kínverjar komu sínu fyrsta geimfari, Chang'e-1, á braut um tunglið 5. nóvember 2007. Leiðangur þess stóð yfir í sextán mánuði. Á þeim tíma náði það að ljósmynda allt yfirborðið. Það var síðan látið rekast á tunglið 1. mars 2008.

Milli 4. október 2007 og 10. júní 2009 hringsólaði japanska geimfarið Kaguya um tunglið. Í farmi þess var háskerpuupptökuvél sem tók fyrstu myndskeiðin í fullri háskerpu af tunglinu. Þann 8. nóvember 2008 komst Chandrayaan, fyrsta tunglfar Indverja, á braut um tunglið en samband við það rofnaði 27. ágúst 2009. Chandrayaan gerði jarðefna-, steinda- og jarðfræðikort af tunglinu og staðfesti tilvist vatnssameinda í jarðvegi þess.

Þann 18. júní 2009 sendi NASA Lunar Reconnaissance Orbiter og LCROSS geimförin til tunglsins. Þann 9. október 2009 var LCROSS og skeyti á stærð við jeppa látin falla ofan í gíginn Cabeus sem er við suðurpól tunglsins. Við áreksturinn fundust merki um vatn á tunglinu. LRO er enn á braut um tunglið og hefur gert nákvæmar hæðarmælingar á yfirborðinu og ljósmyndað það í mjög hárri upplausn, t.d. lendingarstaði Apollo tunglferðanna.

Lendingarstaður Apollo 11 á Friðarhafinu séður með Lunar Reconnaissance Orbiter geimfarinu. Mynd: NASA

Árið 2011 var GRAIL sent til tunglsins. GRAIL samanstóð af tveimur könnunarförum sem kortlögðu þyngdarsviði tunglsins. Með því að kortleggja þyngdarsviðið gátu jarðeðlisfræðingar áttað sig betur á innviðum tunglsins, efnasamsetningu og hitun og kólnun þess í gegnum tíðina.

Í ágúst árið 2013 sendi NASA geimfarið LADEE til tunglsins, til að kanna næfurþunnan lofthjúpinn og ryk í kringum það.

Hinn 1. desember 2013 skutu Kínverjar Chang'e 3 til tunglsins. Chang'e 3 varð skömmu síðar fyrsta geimfarið til að lenda mjúklega á yfirrborði tunglsins frá því að sovéska geimfarið Luna 24 lenti þar árið 1974. Chang'e 3 var í raun tvö geimför: Lendingarfar sem vegur rúmt tonn og jeppi sem er um 100 kg. 

Snemma árs 2019 lenti Chang'e 4 svo á fjærhlið tunglsins og var það í fyrsta sinn sem það var gert. Í desember árið 2020 flutti Chang'e 5 1,7 kg af tunglsýnum til Jarðar og urðu þar með þriðja þjóðin til þess á eftir Sovétríkjunum og Bandaríkjunum.

Indverjar sendu Chandrayaan 2 til tunglsins árið 2013 en með í þeirri för var rússneskur tunglbíll. Ætlunin var að lenda á suðurpólsvæði tunglsins en það tókst ekki. Þann 23. ágúst 2023 gerðu Indverjar aðra lendingartilraun sem tókst. Þá flutti Chandrayaan-3 lendingarfarið Vikram til tunglsins og tunglbílinn Pragyan. Indverjar urðu þar með fjórða þjóðin til að lenda á tunglinu og sú fyrsta til að lenda heilu og höldnu á suðurpólssvæðinu.

Eftir nokkur ár hyggjast Rússar senda Luna-Glob, net tunglskjálftamæla, til tunglsins og brautarfar sem byggir á Fóbos-Grunt leiðangrinum til Mars.

Hver á tunglið?

Árið 1967 undirrituðu Rússland, Bandaríkin og fleiri þjóðir samning sem tryggir að engin þjóð eða einstaklingur getur slegið eign sinni á tunglið að neinu leyti. Samningurinn skilgreinir tunglið og aðra hnetti í geimnum sem sameign jarðarbúa. Þessi samningur tryggir líka friðsamlega nýtingu tunglsins og leggur blátt bann við notkun þess í hernaðarlegum tilgangi og uppsetningu gereyðingarvopna.

Víða bjóða fyrirtæki og einstaklingar fólki að kaupa landsvæði á tunglinu. Líkt og við á um kaup á stjörnum er ekki um neitt annað en svindl að ræða. Fólk sem kaupir landsvæði á tunglinu getur ekki gert kröfu um eignarétt á því.

Að skoða tunglið

Tunglið er næsti nágranni okkar í geimnum og á því er fjölmargt að sjá. Ekki þarf stóran sjónauka til að skoða yfirborðið vel. Litlir linsu- eða spegilsjónaukar duga. Gott er að geta stækkað vel en góð þumalputtaregla er að stækkunin sé helst ekki meiri en tvöfalt þvermál ljósopsins (t.d. 120x stækkun eða meira með 60mm sjónauka). Mikilvægt er að sjónaukinn sé eins stöðugur og unnt er.

Besti tíminn til að skoða tunglið er þegar það er vaxandi eða minnkandi en hátt á lofti. Þegar tunglið er hátt á lofti ferðast ljósgeislarnir frá því í gegnum þynnri lofthjúp en þegar það er lágt á lofti og myndin verður skarpari. Þegar tunglið er vaxandi eða minnkandi er auðveldast að sjá drætti í landslaginu við skuggaskilin (mörk dags og nætur). Þar verða gígar og fjöll mest áberandi. Versti tíminn til að skoða tunglið er þegar það er fullt. Þá afmást öll smáatriði og fátt er um fína drætti.

Á Cerro Paranal, 2.600 metra háu fjalli í Atacamaeyðimörkinni í Chile sem geymir Very Large Telescope ESO, eru aðstæður í lofthjúpnum svo framúrskarandi að atburðir eins og grænt leiftur á sólinni við sólsetur er harla algengt sjónarspil. Öllu sjaldgæfara er að verða vitni að grænu leiftri á tunglinu þegar það gengur til viðar. Ljósmyndari ESO, Gerhard Hüdepohl, náði þessari frábæru mynd, sem er líklega sú besta sem til er af þessu sjaldgæfa fyrirbæri. Myndina tók hann árla morguns frá Residencia hótelinu í Paranal.

Þessu valda hyllingar sem magna ljósbrot í lofthjúpi jarðar. Lofthjúpur jarðar beygir og brýtur ljós — ekki ósvipað stóru prisma. Áhrifin eru meiri í lægri og þéttari lögum lofthjúpsins svo ljósgeislar frá sólinni eða tunglinu brotna örlítið í stefnu niðurávið. Stuttar bylgjulengdir ljóss brotna meira en lengri bylgjulengdir svo grænt ljós frá sólinni og tunglinu sýnast berast okkur örlítið hærra en appelsínugult og rautt ljós. Við kjöraðstæður sést dauft grænt leiftur við efri brún sól- eða tunglskífunnar þegar þessi hnettir setjast.

Grænt leiftur við tunglsetur. Mynd: ESO/G. Hüdepohl (atacamaphoto.com)

• Tungl-skynvillan

• Aukatungl og rosabaugur

Tengt efni

• Myndun tunglsins
• Sjávarföll
• Kvartilaskipti
• Tunglmyrkvi
• Apollo geimáætlunin
• Apollo 11
• Lunar Reconnaissance Orbiter

Heimildir

Jeffrey Bennett, Megan Donahue, Nicholas Schneider og Mark Voit (2010). The Cosmic Perspective. Addison-Wesley, San Francisco. Thierry Legault og Serge Brunier (2006). New Atlas of the Moon. Firefly Books, New York.
Roger Freedman og William Kaufmann (2008). Universe, 8. útgáfa. W. H. Freeman & Company, New York.
Pasachoff, Jay M (1998). Astronomy: From the Earth to the Universe, 5. útgáfa. Sounders College Publishing, New York.
Anortósít í Hrappsey og á Tunglinu. Bloggsíða Haralds Sigurðssonar. Sótt 26.07.11.
Diviner Observes Extreme Polar Temperatures. Sótt 19.07.11
NASA Research Team Reveals Moon Has Earth-Like Core. Sótt 10.07.11.
Research Suggests Water Content of Moon's Interior Underestimated. Sótt 10.07.11
en.wikipedia.org - Moon
Melosh, Jay o.fl. (2013). The Origin of Lunar Mascon Basin. Science Express, 30. maí 2013.

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2023). Tunglið. Stjörnufræðivefurinn http://www.stjornufraedi.is/solkerfid/tunglid