Hvorfor lande på månen?

Seks år før det første Apollo-oppdraget argumenterte to forskere fra NASA for bemannet måneutforskning.

Harold Filan / AP

Kongressen har blitt bedt om å gi 5,7 milliarder dollar til programmene til National Aeronautics and Space Administration i løpet av inneværende regnskapsår, omtrent 6 cent av hver føderale skattedollar. Dette utgiftsnivået har gitt krav om en revurdering av romprogrammet. Kritikere spør om utforskningen av solsystemet er et gyldig foretak for USA å påta seg på dette tidspunktet; eller, som gir den ultimate betydningen av trinnet, om det må utføres i nåværende tempo.



Fokuspunktet for kritikken er Apollo-prosjektet for bemannet månelanding, som absorberer 3,7 milliarder dollar av 5,7 milliarder dollar i det anslåtte NASA-budsjettet. Apollo-budsjettet som har skapt dagens ramaskrik stammer fra en avgjørelse tatt i 1961. På den tiden ble menneske-i-rommet-programmet utvidet utover den begrensede Mercury-innsatsen til et fullskala angrep på problemene med bemannet flyging til månen og planeter. Drivkraften til avgjørelsen kom fra en rekke sovjetiske prestasjoner i februar og mars 1961, da U.S.S.R. skjøt opp fire romfartøyer i rask rekkefølge, som hver veide 10 000 pund eller mer. Disse ble fulgt den 12. april 1961 av major Gagarins vellykkede bane i et romfartøy på 14 000 pund og hans trygge utvinning etter en krets rundt jorden på én time og førtisju minutter. Dermed så verden Sovjetunionen oppnå menneskets første flukt i verdensrommet.

Den 26. mai 1961 la president Kennedy den sovjetiske utfordringen for det amerikanske folket. Han oppfordret nasjonen til å forplikte seg til målet om å lande en mann på månen og returnere ham trygt til jorden før tiåret var ute. Presidentens budskap antydet årsakene til denne anbefalingen: vi stod overfor de dystre utsiktene til å stå på andreplass etter U.S.S.R. i bemannet flyvning i årene som kommer; den bemannede månelandingen ville være den første store romprestasjonen der den amerikanske innsatsen kunne nå sin fulle styrke; en kraftig innsats kan oppnå en bemannet månelanding innen slutten av dette tiåret; og hvis USA setter 1970 som sin måldato for månelandingen, ville de ha en god sjanse til å nå dette målet før U.S.S.R.

President Kennedy ba om en nøye undersøkelse av den foreslåtte forpliktelsen: 'Jeg tror at alle borgere i dette landet så vel som kongressmedlemmene bør vurdere saken nøye når de avgjør sin vurdering ... det er ingen vits i å være enig eller ønske at USA inntar en bekreftende posisjon i verdensrommet med mindre vi er forberedt på å gjøre arbeidet og bære byrdene.'

I juli 1961 stemte kongressen overveldende for midlene som ble bedt om for å sette romprogrammet i høygir. I 1962 bekreftet kongressen sin støtte ved å doble budsjettet for året før. Nå, i 1963, ser vi de betydelige fruktene av vårt økte arbeid i verdensrommet. Det bemannede flyprogrammet går raskt gjennom sine delmål mot milepælen for månelandingen. Romfartsprogrammet som helhet har produsert et stort volum av vitenskapelig forskning, så vel som økonomisk viktige anvendelser for værvarsling og kommunikasjon.

Samtidig fortsetter russerne å vise stor handlekraft i sitt mann-i-rom-program. Enkeltbaneflyvningen til Gagarin ble raskt fulgt av Titovs sytten-bane-oppdrag, av andre flerbaneflyvninger, og av den formidable gjennomføringen av et nær møte mellom par av kosmonauter. Det sovjetiske vitenskapsprogrammet i verdensrommet har også blitt trappet opp til et høyt nivå etter en pause på noen år, med atten Kosmos vitenskapelige satellitter, en månesonde og en Mars-sonde som ble skutt opp i løpet av det siste året. Det ser ikke ut til å være noen svikt i den sovjetiske romutfordringen til USA.

Hva er så grunnlaget for å stille spørsmål ved forpliktelsen til det utvidede amerikanske romfartsprogrammet?

* * *

Tankefulle kritikere, bekymret over tildelingen av begrensede nasjonale ressurser, spør om dette er en god måte å bruke midler på som ellers kunne blitt brukt til å forbedre menneskets lodd på jordens overflate. Kan noen av pengene som går til romforskning omdirigeres til andre programmer av offentlig interesse – medisinsk forskning, utdanning, bolig, teknisk bistand til fremvoksende nasjoner – en rekke prosjekter som bidrar til samfunnets velferd?

Dette spørsmålet innebærer at offentlige midler er overførbare. Reduksjonen av støtten til ett nasjonalt program gir imidlertid ingen garanti for økt støtte til andre prosjekter. President Kennedy sa nylig: «Noen mennesker sier at vi bør ta pengene vi legger ut i verdensrommet og sette dem inn i bolig eller utdanning ... Min vurdering er at det som ville skje ville være at de ville kutte romprogrammet og du ikke ville få tilleggsmidler til utdanning.'

Men hvis rompenger ikke uten videre kan omdirigeres til andre kanaler, er ikke det negative hensynet i seg selv en årsak til disse store utgiftene. Hva er de positive verdiene som vi henter ut av denne investeringen?

Nasjonen kan forvente følgende konsekvenser av romprogrammet: fruktene av forskning på grunnleggende vitenskapelige problemer; økonomiske fordeler ved bruk av satellitter til kommunikasjon og værvarsling; langsiktige teknologiske fordeler som tilfaller industrien; en generell stimulans til vitenskap og til vitenskapelig utdanning; og viktigst av alt, sikkerheten som kommer fra amerikansk lederskap i verdensrommet.

Vitenskapelige administratorer spør, gitt disse fordelene, har vi råd til kostnadene for romprogrammet i teknisk arbeidskraft? Bekymringen deres forsterkes av det faktum at føderale aktiviteter innen forsvar, rom og atomenergi til sammen bruker nesten halvparten av det vitenskapelige og ingeniørtalentet som er tilgjengelig i USA. Men er romfartsorganisasjonen hovedforbrukeren av trent arbeidskraft innenfor dette føderale komplekset av tekniske byråer? I virkeligheten vil NASA bruke 6 prosent av den nasjonale arbeidskraftpoolen innen vitenskap og ingeniørfag gjennom sine kontrakter med privat industri, pluss ytterligere én prosent i statlige laboratorier. Hvis romprogrammet har betydelig verdi, er ikke dette en overveldende sluk.

Men forskere som ser fordelene med romutforskning er motstandere av tidsplanen for menneske-i-rom-programmet, og spesielt tidsplanen som er satt for landing av menn på månen. De antyder at målene for romforskning kan realiseres ved hjelp av robotinstrumenter, med det bemannede flyprogrammet utført i et lavere tempo.

Dette spørsmålet krever en ytterligere utforskning av motivene som ligger til grunn for USAs rominnsats. Er det først og fremst et vitenskapelig program? Eller er det motivert av en bredere bekymring for nasjonale interesser og nasjonale mål? Ser vi tilbake på den overveldende støtten som ble gitt det nye romprogrammet av kongressen i 1961, synes det klart at denne støtten ikke ble tilbudt av rent vitenskapelige årsaker, men kom fra en dypt forankret overbevisning om at det utvidede programmet vil gi et viktig bidrag til vår fremtidig velferd og trygghet. Vi tror at dette er grunnen til at folket har støttet det utvidede romprogrammet og kongressen har stemt for det. Det bringer oss til det punktet hvor vi tar alvorlige problemer med noen av våre vitenskapelige kolleger, som klager: 'Den vitenskapelige utforskningen av månen har blitt gitt en sekundær prioritet i måneprogrammet.' Denne bemerkningen er basert på premisset om at vitenskap skal ha topp prioritet i romprogrammet. Men mens vitenskap spiller en viktig rolle i måneutforskning, var det aldri ment å være det primære målet for dette prosjektet. Drivkraften til måneprogrammet er avledet fra dets plass i det langdistanse amerikanske programmet for utforskning av solsystemet. Hjertet i det programmet er mennesket i rommet, utvidelsen av menneskets kontroll over det fysiske miljøet sitt. Vitenskapen og teknologien til romfart er tilleggsutviklinger som støtter hovedinnsatsen i bemannet utforskning, samtidig som de gir verdifull avkastning til vår økonomi og vår kultur. Vitenskapen vi gjør i verdensrommet gir tilsvarende gull og krydder fra tidligere utforskningsreiser. Det er avkastningen til skattebetaleren for hans investering i nasjonens fremtid. Men drivkraften til programmet er ikke i vitenskapelig forskning alene, selv om det kan være verdifullt i det lange løp. Dermed må tempoet i programmet ikke bestemmes av de målte mønstrene for vitenskapelig forskning, men av det haster med å svare på den nasjonale utfordringen.

* * *

I disse merknadene uttrykker vi våre synspunkter som borgere som er trygge på denne nasjonens skjebne. Nå, som forskere, ønsker vi å vende oss til de vitenskapelige målene for måneprogrammet. Hva er de viktige spørsmålene som kan bli belyst av måneutforskning? Et av vitenskapens klassiske problemer gjelder solsystemets opprinnelse – hvordan vi kom til å være her i fysisk forstand. Det er et spørsmål som har opptatt menneskets sinn i århundrer, og et spørsmål om den dypeste vitenskapelige interesse og filosofiske betydning. Det er også en forespørsel som romprogrammet kan gi et unikt bidrag til, for overraskende nok har utforskningen av månen direkte innvirkning på dette grunnleggende problemet.

For å forstå relevansen av måneutforskning, må vi trekke oss tilbake for å gi den generelle konteksten til de nye ideene om måten en stjerne, som solen vår, dannes på, og hvordan planetene kan ha blitt dannet rundt den. Historien vil bære oss gjennom ti milliarder år med stjernehistorie.

I følge det nåværende bildet i astrofysikk, blir en stjerne født når en tilfeldig svingning i tetthet trekker sammen gass- og støvpartiklene som utgjør interstellar materie; gravitasjonsattraksjonene blant partiklene virker da for å trekke dem enda nærmere hverandre, og bygger en veldig sterk kondens i midten, med veldig høye temperaturer og trykk. Når temperaturen når rundt ti millioner grader, er situasjonen moden for antennelse av en termonukleær reaksjon, der hydrogenkjernene kombineres eller smelter sammen og danner heliumkjerner, og frigjør samtidig enorme mengder energi. Denne frigjøringen av energi hindrer stjernen i å kollapse ytterligere under tyngdekraften. Men til slutt er hydrogendrivstoffet brukt opp, og stjernen trekker seg igjen sammen til en temperatur på 100 millioner grader er nådd. På dette tidspunktet smelter heliumkjernene sammen for å danne den eneste tyngre karbonkjernen. Fra karbon dannes oksygen, og deretter andre grunnstoffer.

På denne måten bygges suksessivt tyngre grunnstoffer opp fra det opprinnelige hydrogenet. Hele tabellen med elementer utvikles trinn for trinn i denne tilberedningsprosessen i midten av stjernen - en syntese av alle elementene i universet ut av den grunnleggende byggesteinen til hydrogen. Vi har duplisert denne prosessen i korte øyeblikk i eksplosjonen av hydrogenbomben, men vi har ennå ikke lykkes med å produsere den under kontrollerte forhold.

Mot slutten av stjernens levetid har alt tilgjengelig drivstoff blitt forbrukt, og ingen ytterligere energifrigjøring kan skje for å støtte den mot det massive trykket fra de overliggende lagene. En kollaps resulterer, etterfulgt av en eksplosjon og ødeleggelse av stjernen. Den eksploderende stjernen kalles en supernova.

I en supernovaeksplosjon sprøytes det meste av stoffet til stjernen, inkludert elementene som ble syntetisert i den i løpet av dens levetid, ut i verdensrommet. Disse elementene går sammen med hydrogenet i det interstellare rommet for å danne en beriket blanding inkludert karbon, oksygen, jern og andre elementer som ble produsert tidligere. Den anrikede blandingen kan deretter trekkes sammen i kroppen til en annen stjerne senere i galaksens historie.

Antagelig ble solen vår dannet i en slik prosess. Planetene antas å ha blitt dannet som mindre kondensasjonskjerner i skyen av gass og støv rundt den primitive solen. Hvis vår egen planet jorden ble dannet på denne måten, ble alt i jorden, inkludert bestanddelene i kroppene våre, en gang produsert i andre stjerner, spredt til verdensrommet og kondensert igjen til støv og fast stoff.

Vi tror at alt dette skjedde for 4,5 milliarder år siden, men vi vet ikke nøyaktig hvordan det skjedde, eller nøyaktig hva det sammenfiltrede hendelseskomplekset var som omringet tilblivelsen av solen og planetene. Problemet er fascinerende og har vært gjenstand for mye vitenskapelig innsats de siste årene.

* * *

I studiet av dette spørsmålet spiller utforskningen av månen en veldig spesiell rolle fordi det er en kropp hvis overflate har bevart historien om sin historie i usedvanlig lang tid. På jorden sliter atmosfæren og havene bort overflateegenskaper i løpet av 10 til 50 millioner år. Fjellbyggingsaktivitet snur store områder av overflaten på omtrent samme tid. Det er lite igjen på jordens overflate av funksjoner som eksisterte for flere hundre millioner eller en milliard år siden, og det samme gjelder sannsynligvis Mars og Venus, hvis egenskaper ligner jordens. Men på månen er det ingen hav og atmosfære som ødelegger overflaten, og det er lite om noen av fjellbygningene som raskt endrer jordens overflate.

Av disse grunner har månen beholdt en rekord som sannsynligvis går milliarder av år tilbake til solsystemets spede begynnelse. Månen er Rosetta-steinen i solsystemet, og for studenten av opprinnelsen til jorden og planetene er denne livløse kroppen enda viktigere enn Mars og Venus.

Månens indre struktur kan også gi ledetråder til solsystemets opprinnelse, helt bortsett fra studiet av overflateegenskaper. En av de to hovedteoriene for dannelsen av planetene, som fortsatt er generelt populær, hevder at de ble skapt under en nesten kollisjon mellom vår sol og en annen stjerne, der gravitasjonskreftene mellom disse to massive kroppene rev ut enorme strømmer av brennende gass. Etter hvert som den andre stjernen trakk seg tilbake, ble gassmassene som tilfeldigvis befant seg i nærheten av solen, fanget av den i baner der de til slutt avkjølte og størknet for å danne planetene.

Hvis en slik kollisjon var måten solsystemet ble dannet på, må månen og planetene ha vært veldig varme på et tidligere stadium i deres historie. I så fall ville de tunge elementene i deres indre smelte og løpe til sentrum for å danne en tett kjerne. Jern er det mest utbredte av de tunge grunnstoffene, og alle planetariske legemer ville derfor ha jernkjerner, ifølge denne teorien.

Den andre ledende teorien mener at planetene ble dannet av kondensasjoner av gass og støv rundt den primitive solen. Vi vet at stjerner i seg selv sannsynligvis dannes på denne måten, ved kondensering av interstellar gass og støv.

Hvis månen og planetene virkelig var kondensert av kald gass og støv, ville ikke jernet i deres indre nødvendigvis smelte og strømme til sentrum. Planeter så store som jorden kan forventes å smelte fullstendig, som følge av oppvarmingen på grunn av nedbrytning av radioaktive elementer i det indre, og dermed utvikle jernkjerner i alle fall. Men månen er mindre, og hvis den ble dannet kald, kunne nok varme gå tapt fra månens overflate til å forhindre påfølgende smelting. Som et resultat ville månen ikke danne en jernkjerne, men ville beholde en struktur der jernbiter ble fordelt gjennom hoveddelen av steinen, som rosiner i en fruktkake.

Så under måneutforskningsprogrammet vil vi studere dette og andre spørsmål knyttet til månens indre struktur, ved å lande på overflateinstrumenter av den typen som brukes til å studere jordens indre. Disse vil inkludere et seismometer for å studere den indre strukturen direkte, og radioaktivitetsdetektorer, som har en indirekte betydning for problemet ved å indikere mengden varme som frigjøres i månen ved nedbrytning av radioaktivt uran og andre elementer. Denne radioaktive varmen supplerer månens varme ved dens dannelse og må være kjent før den tidlige historien kan utledes fra den indre strukturen. Radioaktivitetsdetektoren og seismometeret er inkludert blant eksperimentene som utvikles for romfartøyet Surveyor, et ubemannet fartøy som er planlagt å lande på månen i perioden 1964-1965. Gjennom denne variasjonen av eksperimenter på månen, først ved bruk av ubemannede instrumenter og senere med trente menneskelige observatører, forventer vi å utlede informasjon som har betydning for opprinnelsen til planetariske kropper.

Svarene på disse spørsmålene er interessante ikke bare for folk som er trent i vitenskapens problemer. De har også stor filosofisk og generell betydning, fordi de forholder seg til livets opprinnelse og sannsynligheten for andre levende organismer i universet.

For hvis månen og planetene ble dannet i en nesten kollisjon av to stjerner, må livet være veldig uvanlig, og muligens unikt, fordi rommet er nesten tomt og kollisjoner mellom stjerner er ekstremt sjeldne. Følgende analogi demonstrerer rommets tomrom: hvis solen er på størrelse med en appelsin, i New York, er den neste nærmeste stjernen en annen oransje 3000 miles unna i Los Angeles. Dette er tomheten i rommet - en fordeling av appelsiner 3000 miles fra hverandre. Under disse omstendighetene kan vi anslå at bare ti stjernekollisjoner som ville ha produsert planeter kan ha skjedd i løpet av galaksens 15 milliarder år lange levetid.

På den annen side, hvis planetene ble dannet som et naturlig akkompagnement til kondensasjonsprosessene der solen vår ble født, må skapelsen av planeter ha fulgt med dannelsen av nesten hver eneste stjerne i universet. Siden de fleste av disse stjernene forventes å ha planeter rundt seg, må det være mange tilfeller hvor størrelsen på en av planetene og dens avstand fra stjernen er egnet for utvikling av liv i en form omtrent slik vi kjenner den.

* * *

Dette er de grunnleggende spørsmålene som involverer den fysiske opprinnelsen til vårt solsystem og dets levende organismer, som det nå kan gjøres et kraftig angrep på ved hjelp av måne- og planetarisk utforskning. De gir den vitenskapelige motivasjonen for både de ubemannede og de bemannede prosjektene i måneprogrammet. Men noen forskere mener at de fleste fakta av vitenskapelig interesse om månen og planetene kan læres av fjernkontrollinstrumenter alene, til mindre kostnad enn bemannede operasjoner. En lederartikkel i Vitenskap , tidsskriftet til American Association for the Advancement of Science, anslår at robotinstrumentlandinger på månen vil se oss gjennom alle de viktige fasene av måneutforskningsprogrammet til én prosent av kostnadene for menneske-i-rommet-budsjettet. Faktisk indikerer en inspeksjon av NASA-budsjettet at Surveyor-prosjektet for ubemannede månelandinger er nesten 10 prosent av kostnadene for Apollo-prosjektet, inkludert utviklingskostnadene i hvert program. På per-flight-basis i de langsiktige fortsettende programmene er kostnadsforholdet 16 prosent. Når det tas hensyn til den økte sjansen for å lykkes i oppdraget som følger av å plugge mennesket inn i kontrollsystemene, er sammenligningen av kostnadene fortsatt gunstigere for bemannede operasjoner.

Men en sammenligning av kostnader er ikke det eneste problemet. Spørsmålet er, vil et robotinstrument gjøre alt som mennesket kan gjøre?

Svaret er at i tidlige stadier kan de enkleste observasjonene gjøres med fjernkontroll. I senere stadier, når vanskeligere eksperimenter blir forsøkt for å få svar på de viktige spørsmålene, bringer den trente menneskelige observatøren til tilsyn med disse eksperimentene evnen til å håndtere uforutsette vanskeligheter og svare på uforutsette muligheter. Det automatiske instrumentet i dette avanserte stadiet av programmet må utformes med stor kompleksitet, til en høy pris i pålitelighet og utviklingskostnader, for å oppnå selv en grov imitasjon av menneskelig raffinement og fleksibilitet. Balansen mellom kostnad og pålitelighet tipper da til fordel for den menneskelige deltakeren, selv om det er dyrt å bringe ham til scenen.

* * *

Utenom disse spesifikke undersøkelsene har romutforskning også en generell konsekvens for naturvitenskapen som helhet, og for realfagsundervisningen. Forskere som jobber med problemer knyttet til utforskning av verdensrommet refererer ofte til sitt felt som romvitenskap. Hva er dette nye feltet? Er det fysikk eller astronomi eller geologi? Svaret er at det er samlingen av alle de fysiske vitenskapens problemer som romfartseksperimenter kan gi et unikt bidrag som ikke kan oppnås på bakken. Dette er spørsmål som omfatter store deler av fysikk, astronomi og geovitenskap. Disse feltene, som til sammen utgjør det som en gang var kjent som naturfilosofi, delte seg fra hverandre for flere hundre år siden i blomstringen av den vitenskapelige revolusjonen. Nå, for første gang på århundrer, føler vi igjen en enhet i vår innsats når vi samler mennesker med vidt forskjellig bakgrunn, alle forent av en generell interesse for den ytre fysiske verden, i naturhendelser i stor skala og deres årsaker. Ut fra denne interessen og aktiviteten dannes det en egen disiplin med en distinkt karakter og integritet. Vi kaller det romvitenskap, og det navnet vil nok bestå. Men utviklingen representerer også en renessanse av den eldre tradisjonen innen naturfilosofi, samt en bevegelse bort fra spesialiseringen som har preget vitenskapen de siste årene, mot en bredere ånd av undersøkelser av menneskets fysiske omgivelser. Denne gjenopplivingen av katolisitetens ånd i vitenskapen er et viktig akkompagnement til romforskning.

Enda mer verdifullt for nasjonens fremtidige velferd har romprogrammet en uttalt effekt på unge mennesker. Det appellerer til studentens fantasi og gir ham en ekstra stimulans til å forbli på skolen, til å disiplinere kreftene hans for å oppnå konstruktive mål og tilegne seg den opplæringen som er nødvendig for avansert vitenskapelig og teknisk arbeid. Dette kan være et av de største bidragene til romforskning – at den gjennom sin generelle interesse kan bidra til transformasjonen av verdier som er så sterkt nødvendig for å realisere det fulle potensialet til talent og energi i USA.

Dette er de spesifikke verdiene ved romutforskning: fordelene med grunnforskning, økonomisk verdifulle anvendelser av satellitter, bidrag til industriell teknologi, en generell stimulans til utdanning og til den yngre generasjonen, og styrkingen av vår internasjonale posisjon ved å akseptere lederskap innen en historisk menneskelig virksomhet. Den nåværende diskusjonen om disse verdiene i romprogrammet har tjent USA godt når det gjelder å rette oppmerksomheten mot spørsmål om nasjonal hensikt. Men uansett hvordan vi prøver å dele programmet ned i dets elementer og forsøke en detaljert balansering av debet og kreditt, er det faktum at plassinnsatsen er større enn summen av delene. Det er et stort eventyr og en stor bedrift, ikke bare for USA, men for hele menneskeheten. Vi har kraft og ressurser til å spille en ledende rolle i dette arbeidet, og det er utenkelig at vi skal stå til side.