Учените отразиха успешно лазерен лъч между Земята и лунния орбитър

Когато Лунната разузнавателна сонда на НАСА (LRO) пристигна в орбита около Луната през 2009 г., учените веднага започнаха да изпращат лазерни лъчи до нея. По-конкретно, те стреляха с лазери в малка рефлекторна решетка приблизително с размерите на книга с меки корици, опитвайки се да върнат светлината обратно към Земята. И след почти 10 години те най-накрая успяха.

Това е първият път, когато фотоните са били успешно отразени обратно към Земята от лунен орбитър. Този успех не само ни дава нов начин за извършване на измервания на и около Луната – той може да ни помогне да разберем условията на лунната повърхност, които биха могли да бъдат свързани с инструменти, поставени там преди 50 години.

Програмата „Аполо“ успя да осъществи кацане на астронавти на Луната от 1969 до 1972 г. Там астронавтите оставиха (наред с други неща) оборудване за непрекъснат мониторинг, като сеизмометри и три лазерни отражателя. Съветската космическа програма също постави рефлектори на роботизирани роувъри.

Защо лазерни отражатели? Ако изпратите наистина мощен лазерен лъч на Луната и измерите колко време му отнема да се върне назад, можете да направите наистина точно измерване на разстоянието между двете точки въз основа на скоростта на светлината. По този начин може да се определи разстоянието до Луната с милиметрова точност.

С течение на времето тези измервания могат да нарисуват картина как Луната се движи около Земята. Например, известно е, че Луната има течно ядро, въз основа на това как се върти; и ако в тази течна сърцевина има твърд материал, това от своя страна би могло да каже как Луната някога е поддържала магнитното си поле.

Такива прецизни измервания дават да се разбере, че Луната бавно се отдалечава от Земята със скорост около 3,8 сантиметра годишно. Измерванията на разстояния могат да кажат толкова много, ако сме търпеливи.

„Сега, когато събираме данни в продължение на 50 години, можем да видим тенденции, които не бихме могли да видим по друг начин“, заявява и планетарният учен Ерван Мазарико от Центъра за космически полети „Годард“ на НАСА.

Но има и един проблем. С течение на времето количеството светлина, върната от тези лунни отражатели, намалява до едва 10 процента от това, което трябва да бъде. И не е много ясно защо.

Ако обаче има нещо, което Луната има в грандиозно изобилие, това е прах. Въпреки че няма атмосфера и следователно няма вятър, който да раздвижва този прах, ударите от миниатюрни микрометеорити биха могли да изхвърлят достатъчно прах, за да се покрият бавно рефлекторите.

И така, тук идва LRO рефлекторът. Ако можем да получаваме сигнали, отскачащи от рефлектора му, учените могат да сравнят резултатите получени от повърхностните отражатели оставени от „Аполо“.

С помощта на моделирането това би могло да помогне за определяне на причината за намаляването на ефективността на повърхностните отражатели – и, може би, да разкрие точно на каква бомбардировка с микрометеорити е подложена Луната и колко прах се вдига от тези бомбардировки.

Много по-лесно е да се каже, отколкото да се направи. Достатъчно трудно е да се отрази лазер от лунните повърхностни отражатели, в голяма степен поради атмосферните ефекти на Земята и електромагнитното затихване. Рефлекторът на LRO е още по-голямо предизвикателство. Това е малка, бързо движеща се цел с размер само 18 на 5 сантиметра и е средно на 384 400 км от Земята.

Първоначалните опити на екипа да достигне рефлектора с помощта на зелена видима светлина бяха неуспешни. Но след това те се обединиха с учени от университета на Лазурния бряг във Франция, който разработи инфрачервен лазер – светлина, много по-ефективна при проникване в газ и облак.

На 4 септември 2018 г. в лазерната станция в Грас, Франция, записа инфрачервена лазерна светлина, отскачаща от LRO за първи път. След това, в две сесии на 23 и 24 август 2019 г., резултатът се повтори. Върнатата светлина беше минимална – само няколко фотона. Все пак не е достатъчно, за да може да се разбере какво блокира отражателите на лунната повърхност. Но с течение на времето дори няколко фотона могат да построят достатъчно ясна картина, за да ни кажат повече.

Работата на екипа демонстрира подобренията, които могат да бъдат направени с помощта на инфрачервен лазер вместо оптичен, проникващ по-далеч и потенциално позволяващ използването на много по-малки отражатели.

„Този експеримент предоставя нов метод за проверка на теориите за натрупване на прах през десетилетия върху лунната повърхност“, пишат изследователите в своя статия.

„Освен това показа, че използването на подобни масиви на борда на бъдещите лунни десанти и сонди може да подкрепи целите на LLR за лунна наука, особено за местата за кацане в близост до лунните полюси, които биха имали по-добра чувствителност към лунната ориентация.“