Как разгадать тайну Луны? Выстрелите в него лазером

Поддерживается

Трилобиты

Исследователи десятилетиями использовали отражающие призмы, оставленные на поверхности Луны, но все чаще замечали проблемы с их эффективностью.

Кэтрин Корней

Луна удаляется. Каждый год он отдаляется от нас примерно на полтора дюйма. Через сотни миллионов лет наш спутник на небе будет настолько далек, что полных солнечных затмений больше не будет.

На протяжении десятилетий ученые измеряли отступление Луны, направляя лазер на светоотражающие панели, известные как ретрорефлекторы, которые остались на поверхности Луны, а затем рассчитывая время прохождения света туда и обратно. Но пять ретрорефлекторов Луны устарели, и теперь они гораздо менее эффективны в отражении обратного света. Чтобы определить, может ли быть виноват слой лунной пыли, исследователи разработали смелый план: они отражали лазерный свет от гораздо меньшего, но более нового ретрорефлектора, установленного на борту космического корабля НАСА, который скользил по поверхности Луны со скоростью тысячи миль в час. И это сработало.

Эти результаты были опубликованы в этом месяце в журнале Earth, Planets and Space.

Из всего, что люди оставили на Луне, пять световозвращателей, доставленных астронавтами Аполлона, и два советских роботизированных вездехода являются одними из наиболее важных с научной точки зрения. Они сродни очень длинным меркам: точно рассчитав, сколько времени потребуется лазерному свету, чтобы добраться до Луны, отразиться от ретрорефлектора и вернуться на Землю (примерно 2,5 секунды, плюс-минус), ученые могут вычислить расстояние между Луной и Луной. и Земля.

Массивы стеклянных угловых призм делают возможным этот космический рикошет. Эти оптические устройства отражают падающий свет обратно туда, откуда он пришел, гарантируя, что ретрорефлекторы отправляют фотоны в крутой и аккуратный поворот.

Повторные измерения с течением времени позволяют исследователям составить более полную картину орбиты Луны, ее точной ориентации в пространстве и даже ее внутренней структуры.

Но ретрорефлекторы размером с чемодан, поставленные на Луну с 1969 по 1973 год, теперь показывают свой возраст. По словам Тома Мерфи, физика из Калифорнийского университета в Сан-Диего, который не принимал участия в исследовании, в некоторых случаях их эффективность составляет лишь одну десятую от ожидаемой. «Результаты сильно снижены».

Одним из очевидных виновников является лунная пыль, скопившаяся на световозвращателях. Пыль может подниматься метеоритами, ударяющимися о поверхность Луны. Он покрыл лунные скафандры астронавтов во время их визитов, и ожидается, что это станет серьезной проблемой, если люди когда-либо колонизируют Луну.

Хотя с тех пор, как ретрорефлектор был размещен на поверхности Луны, прошло почти 50 лет, космический корабль НАСА, запущенный в 2009 году, несет ретрорефлектор размером примерно с книгу в мягкой обложке. Этот космический корабль, Lunar Reconnaissance Orbiter, совершает оборот вокруг Луны каждые два часа и передал домой миллионы изображений лунной поверхности в высоком разрешении.

Лунный разведывательный орбитальный аппарат «является идеальной целью», сказал Эрван Мазарико, планетолог из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, который вместе со своими коллегами проверял гипотезу о том, что лунная пыль может влиять на ретрорефлекторы Луны.

Но это также движущаяся цель. Орбитальный аппарат скользит над поверхностью Луны со скоростью 3600 миль в час. «Достаточно сложно поразить неподвижную цель», - сказал доктор Мерфи, который возглавляет операцию по лунной лазерной локации обсерватории Апач-Пойнт, или APOLLO, проект, в котором используются ретрорефлекторы на лунной поверхности. поверхность. «Мы собираемся дать вам меньший массив и заставить его двигаться на вас».

В 2017 году доктор Мазарико и его коллеги начали стрелять инфракрасным лазером со станции недалеко от Грасса, Франция — примерно в получасе езды от Канн — в сторону ретрорефлектора орбитального аппарата. Примерно в 3 часа ночи 4 сентября 2018 года они зафиксировали свой первый успех: обнаружение 25 фотонов, совершивших путешествие туда и обратно.

Осенью 2019 года исследователи добились еще трех успехов. Учитывая меньший размер ретрорефлектора орбитального аппарата, доктор Мазарико и его коллеги обнаружили, что он часто возвращает фотоны более эффективно, чем ретрорефлекторы Аполлона.