24.02.2014

Пыль мешает советскому «Луноходу-1» отражать лазерный свет

Американские астрономы рассказали, как они облучают лазером советские луноходы. С каждым годом они блестят все хуже — виноваты Солнце и лунная пыль.

Необычное явление, связанное с работой оставленного на Луне советскими и американскими миссиями оборудования, обнаружил Томас Мерфи, астроном из Университета Калифорнии в Сан-Диего.

В ходе трех американских миссий — Apollo 11, Apollo 14 и Apollo 15 — на Луну астронавтами на ее поверхности были оставлены специальные приборы, которые должные помочь в дальнейших экспериментах по лазерной локации Луны.

Так называемые уголковые отражатели позволяют отражать направленный на них луч света в направлении прихода независимо от того, откуда этот свет появился.

Еще два уголковых отражателя, правда, отличающихся по конструкции, были установлены на двух советских аппаратах «Луноход-1» и «Луноход-2». После выхода из строя «Лунохода-1» его точное местоположение утерялось, и до 2010 года, когда луноход был замечен зондом Lunar Reconnaisance Orbiter, в распоряжении ученых оставалось четыре уголковых отражателя, при помощи которых удавалось измерять расстояние до лунной поверхности.

Первоначально измерение расстояния до Луны при помощи уголковых отражателей позволяло достичь точности в 15 см — что в сотни раз точнее всех предыдущих методов.

Однако в последние годы, отчасти благодаря исследованиям команды Мерфи, работающей в обсерватории Апачи-Пойнт в Нью-Мексико, точность удалось увеличить до 1 мм.

Сегодня именно благодаря уголковым отражателям мы знаем, что из-за приливов на Земле Луна удаляется от нас примерно на 4 мм в год.

Несколько лет назад Мерфи заметил, что с годами отраженный от Луны лазерный свет стал ослабевать. «Каждый импульс посылает к Луне 10¹⁷ (100 квадрилионов) фотонов, и при хороших условиях мы принимаем обратно только один», — говорит Мерфи.

Один отраженный фотон — это примерно в десять раз меньше расчетной величины. Ученые уверены, что это связано с тем, что на поверхности отражателей скопилась лунная пыль, мешающая распространению света.

Но самое интересное заключается в том, что максимальное ослабление сигнала происходит при полнолунии, когда лежащие в лунном грунте отражатели максимально освещены солнечным светом. В такие моменты и без того слабый отраженный сигнал падает еще на порядок. У советских уголковых отражателей этот эффект особенно выражен: в периоды полнолуний они вовсе не могут использоваться для лазерной локации.

Ученые предположили, что причина этого — в оптических искажениях, которые вызывает нагрев отражателей солнечными лучами. Этот нагрев увеличивается за счет осажденной на них пыли, поэтому в первые десять лет работы приборов на поверхности Луны он не проявлялся.

Одним из способов проверить эту гипотезу стало лазерное облучение отражателей в момент полного лунного затмения, когда уголковые отражатели оказываются в полной темноте, и 21 декабря 2010 года ученые провели такой эксперимент.

К счастью, погода над обсерваторией в тот день была малооблачной, и астрономы в течение пяти с половиной часов посылали лазерные импульсы в сторону трех американских отражателей и в сторону «Лунохода-1». И если отклик от американских отражателей в момент лунного затмения стал значительно сильнее, что подтвердило гипотезу, то сигнал от «Лунохода-1», обычно сравнимый по силе, не был получен вовсе. Ученые считают, что это связано со свойствами конструкции советского уголкового отражателя, который был изготовлен во Франции, и особенностями его установки на высоте одного метра от лунной поверхности.

«В общем, отражатели луноходов более восприимчивы к тепловым искажениям, чем у «Аполлонов», так что отсутствие отражения с «Лунохода-1» во время затмения не является таким уж сюрпризом», — пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Icarus.

Запыление и деградация уголковых отражателей дают представление о наличии пыли у поверхности Луны и ставят под сомнение возможность в будущем строить на Луне астрономические обсерватории. Узнать больше о том, как много пыли «висит» над поверхностью естественного спутника Земли, ученые намерены с помощью недавно запущенной миссии LADEE.

Отсутствие отклика с лунохода во время лунного затмения не означает, что от советских аппаратов перестали отражаться лучи лазера. О подробностях лазерного зондирования Луны рассказал соавтор работы Рассет Макмиллан.

«Различное поведение отражателей «Аполлонов» и луноходов в момент затмения говорит нам о том, что происходит с оборудованием более чем за 40 лет. Мы планируем новые наблюдения в лунное затмение в апреле 2014 года, если позволит погода.

Возможно, у нас будет шанс увидеть, что рефлекторы лунохода восстановятся после солнечного света.

Мы также получаем фотоны с «Лунохода-2». Сигнал слабее, чем с первого, и мы лишь редко их можем регистрировать при солнечном освещении. «Луноход-2» мы наблюдаем с начала нашей программы в 2005 году, а первый луноход – с 2010 года, как только его нашли.

Последний раз я видел оба лунохода в пятницу утром, незадолго до рассвета в Нью-Мексико.

Первый был освещен, второй находился в темноте. Завтра я попробую понаблюдать снова перед рассветом. Лазерным зондированием Луны сейчас занимаются две обсерватории мира: моя обсерватория Апачи-Пойнт и Обсерватория Лазурного берега (Франция). Я знаю, что французы прекратили наблюдения несколько лет назад, так что, возможно, мы остаемся единственными, кто делает это», — рассказал ученый.

Павел Котляр

Источники:

1. Газета.Ru