Kuu

Geoloogia

Kuud on topograafiliselt uuritud laseraltimeetriga ja stereofotograafiaga. Topograafiliselt on kõige paremini näha Aitkeni kraater, mille läbimõõt on 2240 km. See on Kuu suurim kraater ja suuruselt teine teadaolev kraater Päikesesüsteemis. Selle suurim sügavus on 13 kilomeetrit, mis teeb sellest madalaima koha Kuu pinnal. Kuu kõrgeimad kohad asuvad Aitkeni kraatrist kirdes ja arvatakse, et need tekkisid koos kraatriga. Ka Kuu teised suured kraatrid nagu Imbrium, Serenitatis, Crisium, Smythii ja Orientale on samuti madalad ja kõrgete servadega. Kuu tagakülg on keskmiselt 1,9 km kõrgem kui Maale nähtav külg.

Vulkaanilised omadused

Tumedaid laike Kuu pinnal kutsutakse meredeks, sest vanaaja astronoomid uskusid, et need on täidetud veega. Tänapäeval teatakse, et need olid kunagi basaltilise laava basseinid, mis jahtusid ja moodustasid basaldilademed. Kuigi Kuu basaltkivimid sarnanevad Maal leitud kivimitega, on Kuu omad rauarikkamad ja mineraale pole mõjutanud vesi. Meredele andis nimed Itaalia astronoom Francesco Grimaldi ja esmakordselt avaldas need tema kaasmaalane Giovanni Riccioli 1651. aastal. Heledaid alasid nimetatakse mandriteks ja neil domineerib mineraal anortosiit. Topograafilisemalt madalamad mered on moodustunud 4-3,2 miljardit aastat tagasi, kõrgemad nn mandrid aga 4,4 miljardit aastat tagasi. Teadlased on arvamusel, et erinevalt Maast pole ükski Kuu manner tekkinud tektoonilise aktiivsuse tagajärjel.
Kuu mered asuvad peamiselt Maa-poolsel küljel ja katavad sellest 31%. Kuu tagakülje pindalast katavad mered kõigest 2%. Teadlased arvavad, et merede pindalade suure erinevuse Maa-poolsel küljel ja tagaküljel on põhjustanud soojustjuhtivate elementide suurem kontsentratsioon ühel küljel, mis põhjustas vahevöö sulamise ja selle tõusmise koorikusse. Suur osa meresid tekkis 3-3,5 miljardit aastat tagasi, aga vanimad on 4,2 miljardit aastat vanad. 2014. aastal avaldas NASA Lunar Reconnaissance Orbiteri tehtud fotod ja andmed laikudest meredes, millest mõned olid vähem kui 50 miljonit aastat vanad. See tähendab, et vahevöö võib olla arvatust soojem. Kuul on märgatud maavärinaid ja gaaside eraldumist ja see viitab, et Kuul on mõningane seismiline aktiivsus, kuid Kuu värinad on Maa omadest tunduvalt nõrgemad.

Kraatrid

Kuu geoloogiat on märkimisväärselt mõjutanud ka komeedid ja asteroidid. Teadlaste hinnangul on ainuüksi Kuu Maa-poolsel küljel 300 000 kraatrit, mille läbimõõt on suurem kui 1 km. Mõned neist kraatritest on saanud mõne õpetlase, teadlase või kunstniku nime. Kuu kraatritest on enim uuritud Nectarise, Imbriumi ja Orientale kraater, mille läbimõõt on tuhandeid kilomeetreid. Kuu vähese atmosfääri, ilma ja geoloogilise aktiivsuse tõttu on paljud kraatrid hästi säilinud. Kuigi täpselt on määratud väheste kraatrite vanus, saab nende abil arvutada ligikaudseid vanuseid. Apollo missioonidel Maale toodud kivimite vanuseks on määratud 3,8–4,1 miljardit aastat.

Vesi

Kuu pinnal vett ei leidu, sest Päikesest lähtuv radiatsioon tekitab fotolüüsi ja vesi hajub kosmosesse. Siiski on teadlased 1960. aastatest püstitanud hüpoteese, et alaliselt Päikese eest varjus olevates kraatrites võib vett leiduda. Kasutatava vee olemasolu tõestamine või selle välistamine on Kuule koloonia rajamisel väga oluline, sest Maalt vee Kuule transportimine on väga kallis.
Kosmosesond Clementine avastas 1994. aastal Kuu pinna alt veetaskud, kuid kosmosesond Arecibo hilisemad uuringud on näidanud, et jäätaskud on ilmselt kivid. 1998. aastal tuvastas Lunar Prospector, et Kuu poolustel leidub vesinikku. Siiski avastasid teadlased 2008. aastal, et kivimid, mille tõid Maale missioon Apollo 15, sisaldavad ka vett.
2008. aastal leidis India kosmosesond Chandrayaan-1 Kuu pinnalt jääd ja USA kosmoseaparaadi LCROSS maandur tuvastas alaliselt varjus olevast kraatrist vähemalt 100 kg jääd. Hilisemal andmete uurimisel arvati, et hinnanguliselt leidis LCROSS-i maandur 155 ± 12 kg jääd. Teadlaste edusammud pakuvad tulevastele Kuu kolonistidele vähe lohutust, sest näiteks missioonilt Apollo 17 toodud kivimist leiti vett 39 aastat hiljem ja avastus tehti kõrgtehnoloogiat kasutades.

Magnetväli

Kuu magnetvälja tugevuseks on mõõdetud 1–100 nanoteslat, mis on 1/100 Maa omast. Kuu magnetväli pole dipolaarne ja tõenäoliselt tekkis see Kuu tekkimisel, kui magnetväli oli tugevam.

Atmosfäär

Kuu atmosfäär on väga nõrk ja seetõttu on Kuu pinnal peaaegu vaakum. Rõhk Kuu pinnal on 3 × 10–15 atm (0,3 nPa) ja see varieerub. Kuu atmosfäär on tekkinud gaaside eraldumisel Päikesetuule mõjul. Eralduvad gaasid jäävad Kuu nõrga gravitatsiooni mõjul pinnasesse või hajuvad kosmosesse.

Temperatuur

Kuu on ekliptilise tasandi suhtes kõigest 1,5424° suuruse nurga all, mis on väga väike võrreldes Maa 23,44° nurgaga ning seetõttu sõltub temperatuur Kuu pinnal piirkonniti otseselt päikesevalgusest. 1994. aastal sondi Clementine tehtud piltidelt avastati piirkond, kus Päike kunagi ei looju. Kuu põhjapoolusel asuva 73-kilomeetrise läbimõõduga Peary kraatri serv on alati päikese käes ja selles piirkonnas kõigub temperatuur vaid 20 kraadi võrra. Kuu lõunapoolus on aga alaliselt varjatud ja sealt on leitud ühed külmemad piirkonnad Päikesesüsteemis. Lunar Reconnaissance Orbiter mõõtis lõunapooluse kraatrite temperatuuriks −238 °C ja see on läbi aegade madalaim temperatuur, mille ükski kosmosesond on registreerinud, sest teadaolevalt pole nii madalat temperatuuri registreeritud isegi Pluutol.

Orbiit

Kuu teeb ühe tiiru ümber Maa 27 ööpäeva ja 8 tunniga ning seda perioodi nimetatakse sideeriliseks kuuks. Sünoodilise kuu ehk Kuu faaside vahetumise perioodi pikkus on aga 29 ööpäeva ja 12 tundi. Kuu kiirus orbiidil on 1,03 km/s. Kuu tiirleb ümber Maa mööda elliptilist orbiiti, mille ekstsentrilisus on 0,0549 ja Orbiidi kalle ekliptika tasandi suhtes on 5,1454°. Kuu orbiiti mõjutavad mitmed faktorid, eeskätt Päike ja Maa.

Ligikaudne suurus

Kuu on märkimisväärselt väike võrreldes Maaga. Kuu läbimõõt on 3476 km, mis on ligi 4 korda väiksem kui Maa läbimõõt ja mass on Maa massist 81 korda väiksem, olles 7,36 × 10²² kg. Hoolimata oma suurusest peetakse Kuud ja Maad kaksikplaneedi asemel siiski planeedi ja planeedi kaaslase süsteemiks, sest nende ühine massikese asub 1700 km sügavusel Maa sisemuses.

Asend Maa suhtes

Kuu vähim kaugus Maast on 356 410 km, suurim kaugus 406 700 km ja keskmine kaugus on 384 400 km. Kuu on Maa poole pööratud alati ühe ja sama küljega, sest Kuu teeb täispöörde ümber oma telje sama ajaga, mis tal kulub ühe tiiru tegemiseks ümber Maa. Seejuures esineb teataval määral libratsiooni – optilist ja füüsikalist. Optilise libratsiooni põhjuseks on Kuu orbiidi elliptilisus ja orbiidi tasandi võrdlemisi suur nurk ekliptika suhtes, samuti Maa mõõtmete olemasolu. Optilise libratsiooni tõttu on Kuu pinnast näha 59%. Füüsikaline libratsioon on võimalik Kuu ebasümmeetrilisuse tõttu: kui Kuu kaldub kõrvale oma orientatsioonist, pööravad tõusu-mõõnajõud ta tagasi ja ta hakkab võnkuma. Selle võnkumise amplituud on siiski palju väiksem optilise libratsiooni omast.

Mõju loodetele

Maa loodeid tekitab Kuu gravitatsiooni külgetõmme Maa ühest otsast teise. See tekitab kaks loodetekühmu, mis avalduvad eriti ookeani tõusude ja mõõnadega. Kuna Maa pöörleb 27 korda kiiremini kui Kuu, liiguvad loodetekühmud koos maapinnaga kiiremini kui Kuu, pööreldes Maaga kord päevas. Ookeani tõuse ja mõõnu tekitab peale Kuu vähemal määral ka Päike.
Kuna Kuu kaugeneb Maast, on Maa pöörlemine seetõttu aeglustumas. Apollo missioonidel Kuule jäetud peeglite abil tehtavad mõõtmised on näidanud, et Maa ja Kuu vaheline kaugus suureneb igal aastal umbes 38 millimeetrit ja aatomikellad on näidanud, et Maa päev pikeneb seetõttu igal aastal umbes 15 mikrosekundit. Kuu kaugenemine lõpeb lõpuks Maa pöörlemise seiskumisega analoogselt Pluuto ja Charoniga juhtunule, kuid ilmselt Kuu ja Maaga seda ei juhtu, sest arvutuste kohaselt muutub Päike ammu enne seda punaseks hiiuks ja hävitab Maa.

Varjutused

Varjutused toimuvad ainult siis, kui Päike, Kuu ja Maa on omavahel joondunud. Päikesevarjutused toimuvad siis, kui on Kuu loomise faasis ja Kuu on Päikese ning Maa vahel. Kuuvarjutused toimuvad siis, kui on täiskuu ja Maa on Päikese ja Kuu vahel. Päikesevarjutuse ajal võib Kuu Päikese täielikult varjata, sest Päikese ja Kuu nurkläbimõõt on ligikaudu võrdne. Kuna Kuu ja Maa vaheline orbiit ja võrreldes Maa ja Päikese vahelise orbiidiga 5° kaldu, ei toimu varjutused iga täiskuu ja kuu loomise faasi ajal. Varjutused toimuvad osaliselt tsüklitena, mida nimetatakse saaroseks. Saaros kordub umbes iga 18 aasta tagant.

Vana- ja keskaegsed uurimused

Kuu tsükleid mõistsid juba Babüloni astronoomid, kes kirjeldasid 5. sajandil eKr saarost. Hiina astronoom Shi Shen kirjutas samal sajandil üles juhise varjutuste ennustamiseks. 4. sajandil eKr väitis kreeka filosoof Anaxagoras, et Kuu peegeldab päikesevalgust. 499. aastal kirjutas India astronoom Aryabhata, et päikesevalgus peegeldub Kuult kõigis suundades ja see põhjustabki selle sära.
Ptolemaios arvutas üsna täpselt välja Kuu kauguse, väites et Kuu kaugus Maast on 59 Maa raadiust ja Kuu diameeter on 0,292 Maa diameetrit. Tegelikult on Kuu kaugus Maast umbes 60 Maa raadiust ja Kuu diameeter on 0,273 Maa diameetrit.
Keskajal, enne teleskoobi leiutamist, arvati et Kuu on kera ja selle pind on sile. 1609. aastal joonistas Galileo Galilei teleskoobi abil esimesed joonistused Kuu pinnast ja väitis, et Kuul on mäed ja kraatrid. Kuu uurimine teleskoobi abil jätkus ja Itaalia astronoomide Francesco Grimaldi ja Giovanni Riccioli töö tulemusel hakati Kuu kraatritele, meredele ja muudele kohtadele nimesid panema.

1980ndad – 2000

Pärast kosmose võidujooksu lõppu ei saatnud ükski riik kaua aega kosmoseaparaate Kuu orbiidile. Alates 1990ndadest on Kuu vastu huvi tundma hakanud paljude riikide teadlased. 1990. aastal sai Jaapan kolmandaks riigiks, mis on Kuu orbiidile saatnud kosmoseaparaadi, kui Kuu orbiidile jõudis Hiten. 1994. aastal jõudis Kuu orbiidile USA Kaitseministeeriumi ja NASA koostöös valminud kosmoseaparaat Clementine ja 4 aastat hiljem NASA Lunar Prospector, mis kukutati 1999. aastal Kuu tagaküljel asuvasse kraatrisse.
1990ndatel saatsid Kuu orbiidile oma kosmoseaparaate India, Jaapan, Hiina ja ka Euroopa Kosmoseagentuur. Sondid tuvastasid alaliselt varjus olevatest kraatritest jääd, kinnitades vee olemasolu Kuul. Pärast Apollo lende on Kuule saadetud kaks kuukulgurite missiooni. Viimane Lunohodi kulgur lõpetas töö 1973. aastal, aga Hiina Chang'e 3 maandur töötab siiani ja 14. detsembril 2013 väljus sellest kulgur Yutu.

2000–

Euroopa kosmoseaparaat SMART-1 oli Kuu orbiidil 15. novembrist 2004, kuni 3. septembrini 2006, mil see kukutati Kuu pinnale. SMART-1 tegi üksikasjaliku uuringu Kuu pinnal olevatest keemilistest elementidest.
Alates 2007. aastast on Kuu uurimist kosmoseaparaatidega alustanud ka Hiina. 5. novembrist 2007 kuni 1. märtsini 2009 tiirles Kuu orbiidil kosmoseaparaat Chang'e 1, mis kaardistas kogu Kuu pinna. Oktoobris 2010 jõudis Kuu orbiidile Chang'e 2, mis tegi Kuu pinnast parema kvaliteediga fotod ja suundus Lagrange'i punkti L2. Pärast seda suundus aparaat süvakosmosesse. 14. detsembril 2013 jõudis Kuule Chang'e 3, mis sooritas Kuu pinnale esimese pehme maandumise pärast Nõukogude missiooni Luna 24. Chang'e 3 pardalt väljus kulgur Yutu, mis oli esimene kuukulgur pärast missiooni Lunohod 2. Yutu töötas Kuu pinnal 31 kuud ja see lõpetas töö 31. juulil 2016. Hiinal on plaanis saata Kuu pinnale missioone ka tulevikus.
4. oktoobrist 2007 kuni 10. juunini 2009 tiirles Kuu orbiidil Jaapani kosmoseagentuuri JAXA orbiiter SELENE, mis uuris Kuu geofüüsikat ja filmis väga kvaliteetsed kaadrid Kuust. 8. novembril 2008 jõudis Kuu orbiidile kosmoseaparaat Chandrayaan I, mis kaardistas Kuud ja kinnitas veemolekulide olemasolu Kuu pinnal. Teadlased kaotasid Chandrayaan 1-ga side 27. augustil 2009. India plaanib Kuu orbiidile saata ka orbiiteri Chandrayaan II, kuid selle start on edasi lükkunud Vene missiooni Fobos-Grunt ebaõnnestumise tõttu ja selle start oli määratud 2018. aastasse.
18. juunil 2009 startis Kuule kosmosesond NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ja maandur LCROSS. LCROSS lõpetas oma missiooni plaanipäraselt 2009. aastal, mil see kukutati 9. oktoobril 2009 Cabeuse kraatrisse. LRO on töös tänaseni. 1. jaanuaril 2012 jõudsid Kuule kaks GRAIL-i sondi, mis uurisid Kuu sisestruktuuri kuni sama aasta 17. detsembrini, mil mõlemad kukutati Kuu pinnale. 6. oktoobril 2013 jõudis Kuule kosmoseaparaat LADEE, mis uuris Kuu eksosfääri 18. aprillini 2014, mil see Kuu pinnale kukutati.
NASA plaanis aastatel 2005–2009 taasalustada mehitatud lende Kuule. Constellationi programmi raames pidi esimene mehitatud lend Kuule toimuma 2019. aastal ja 2024. aastaks oleks Kuule rajatud baas. Constellationi programm tühistati 2010. aastal ning selle asemel soovitakse 2025. aastal maanduda asteroidile ja saata Marsi orbiidile mehitatud missioon aastaks 2035. Mehitatud missioonist Kuule on olnud huvitatud ka India, kuid kindlaid plaane pole avaldatud.

Kuu õiguslik staatus

Külma sõja ajal uuris Ameerika Ühendriikide maavägi Horizoni projekti raames võimalusi rajada Kuule sõjaväebaas. Lisaks uuriti sama projekti raames võimalusi detoneerida Kuul tuumapomm. USA õhujõududel oli töös analoogne projekt Lunex, kuid mõlemad projektid tühistati, kui USA kosmoseprogramm viidi NASA alluvusse, mis on tsiviilagentuur.
Kuigi Kuul on mitmete riikide kosmoseaparaatide rusud ja Apollo maandumistel paigaldasid astronaudid maandumispaikades Kuule USA lipud, pole Kuu ühegi riigi territoorium ning USA, Venemaa ja paljud teised riigid on liitunud lepinguga, mis sätestab Kuu kasutamise rahumeelsetel eesmärkidel ja keelab sinna sõjaväebaaside ehitamise ja tuumarelvade paigutamise.

Mõju kultuurile

Kuu regulaarsed faasid teevad sellest väga hea ajanäitaja ning seda asjaolu on kasutatud mitmetes vanades kalendrites. Pügalapulgad ehk täkitud luud, millest mõned on 20–30 000 aastat vanad, märgivad mõnede teadlaste arvates Kuu faase. Teadaolevalt on Kuu faase aja arvestusel kasutanud germaani hõimud, enne kui võeti kasutusele päikesekalender.
Kuud on väga palju kasutatud kujutavas kunstis, näidendites, luules, proosas ja muusikas. Paljudes kultuurides on Kuud peetud ka jumalaks ja see on endiselt oluline astroloogias.
Kuu on väga tähtis islamis ja näiteks islami kalender on rangelt seotud Kuuga. Lisaks on paljudes moslemiriikides, nagu näiteks Alžeerias, Malaisias, Pakistanis ja Türgis Kuu riigilipul.
Kuud on läbi aegade seostatud ka hullumeelsusega. Vana-Rooma ajaloolane Plinius Vanem ning Vana-Kreeka filosoof Aristoteles uskusid, et täiskuu ajab tundlikud inimesed hulluks, sest mõjutab palju vett sisaldavat aju. Plinuse ja Aristotelese hüpoteesi on teadlased välistanud, sest Kuu gravitatsioon on selleks liiga nõrk. Kuu mõju inimestele usutakse ka tänapäeval, väites et täiskuu ajal sagenevad enesetapud, mõrvad, liiklusõnnetused ning psühhiaatriahaiglatesse võetakse sel ajal vastu rohkem inimesi. Siiski on mitmed uurimused need väited ümber lükanud.