Δεκάδες φορές την τελευταία δεκαετία οι επιστήμονες της NASA έχουν εκτοξεύσει ακτίνες λέιζερ σε έναν ανακλαστήρα μεγέθους ενός μυθιστορήματος περίπου 385.000 χιλιόμετρα μακριά από τη Γη. Ανακοίνωσαν, σε συνεργασία με τους Γάλλους συναδέλφους τους, ότι έλαβαν σήμα για πρώτη φορά, ένα ενθαρρυντικό αποτέλεσμα που θα μπορούσε να ενισχύσει τα πειράματα λέιζερ που χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της φυσικής του σύμπαντος.
Ο ανακλαστήρας που σκοπεύουν οι επιστήμονες της NASA είναι τοποθετημένος στο Lunar Reconnaissance Orbiter(LRO), ένα διαστημικό σκάφος που μελετά τη Σελήνη από την τροχιά του από το 2009. Ένας λόγος για τον οποίο οι μηχανικοί τοποθέτησαν τον ανακλαστήρα στο LRO ήταν έτσι ώστε να μπορούσε να χρησιμεύσει ως ένας παρθένος στόχος για να βοηθήσει στη δοκιμή της ανακλώσας δύναμης των πάνελ που έμειναν στην επιφάνεια της Σελήνης περίπου 50 χρόνια πριν. Αυτοί οι παλαιότεροι ανακλαστήρες επιστρέφουν ένα αδύναμο σήμα, γεγονός που καθιστά δυσκολότερη τη χρήση τους για την επιστήμη.
Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν ανακλαστήρες στη Σελήνη από την εποχή του Απόλλωνα για να μάθουν περισσότερα για τον πλησιέστερο γείτονά μας. Είναι ένα αρκετά απλό πείραμα: Στόχος μια ακτίνα φωτός στον ανακλαστήρα και ρολόι του χρόνου που χρειάζεται για να επιστρέψει το φως. Δεκαετίες από την πραγματοποίηση αυτής της μέτρησης έχει οδηγήσει σε μεγάλες ανακαλύψεις.
Μία από τις μεγαλύτερες αποκαλύψεις είναι ότι η Γη και η Σελήνη διαχωρίζονται αργά με τον ρυθμό ανάπτυξης των νυχιών 3,8 εκατοστά ετησίως. Αυτό το διευρυνόμενο χάσμα είναι το αποτέλεσμα βαρυτικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ των δύο σωμάτων.
"Τώρα που συλλέγουμε δεδομένα για 50 χρόνια, μπορούμε να δούμε τάσεις που δεν θα μπορούσαμε να δούμε διαφορετικά", δήλωσε ο Erwan Mazarico, πλανητικός επιστήμονας από το διαστημικό κέντρο πτήσης Goddard της NASA, ο οποίος συντονίζει το Πείραμα LRO που περιγράφηκε στις 7 Αυγούστου στο περιοδικό Earth, Planets and Space.
"Η επιστήμη με λέιζερ είναι ένα μακρύ παιχνίδι", δήλωσε ο Mazarico.
Αλλά αν οι επιστήμονες συνεχίσουν να χρησιμοποιούν τα επιφανειακά πάνελ στο μέλλον,πρέπει να καταλάβουν γιατί μερικοί από αυτούς επιστρέφουν μόνο το δέκατο του αναμενόμενου σήματος.
Υπάρχουν πέντε ανακλαστικά πάνελ στη Σελήνη. Δύο παραδόθηκαν από τα πληρώματα Apollo 11 και 14 το 1969 και το 1971, αντίστοιχα. Το καθένα είναι κατασκευασμένο από 100 καθρέφτες που οι επιστήμονες αποκαλούν «γωνιακούς κύβους», καθώς είναι γωνίες ενός γυάλινου κύβου. Το πλεονέκτημα αυτών των καθρεπτών είναι ότι μπορούν να αντανακλούν το φως πίσω σε οποιαδήποτε κατεύθυνση προέρχεται. Ένας άλλος πίνακας με 300 γωνιακούς κύβους έπεσε από τους αστροναύτες του Απόλλωνα 15 το 1971. Οι σοβιετικοί ρομποτικοί αναβάτες με το όνομα Lunokhod 1 και 2, που προσγειώθηκαν το 1970 και το 1973, φέρουν δύο επιπλέον ανακλαστήρες, με 14 καθρέφτες ο καθένας. Συλλογικά, αυτοί οι ανακλαστήρες αποτελούν το τελευταίο πείραμα επιστημονικής εργασίας από την εποχή του Απόλλωνα.
Μερικοί ειδικοί υποψιάζονται ότι η σκόνη μπορεί να έχει εγκατασταθεί σε αυτούς τους ανακλαστήρες με την πάροδο του χρόνου, πιθανώς αφού κλωτσήθηκαν από κρούσεις μικρομετεωρίτη στην επιφάνεια της Σελήνης. Ως αποτέλεσμα, η σκόνη μπορεί να εμποδίζει το φως να φτάσει στους καθρέφτες και επίσης να μονώσει τους καθρέφτες και να τους προκαλέσει υπερθέρμανση και να γίνουν λιγότερο αποδοτικοί. Οι επιστήμονες ήλπιζαν να χρησιμοποιήσουν τον ανακλαστήρα LRO για να διαπιστώσουν εάν αυτό είναι αλήθεια. Κατάλαβαν ότι εάν βρήκαν μια ασυμφωνία στο φως που επέστρεψε από τον ανακλαστήρα LRO έναντι των επιφανειακών, θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν μοντέλα υπολογιστών για να ελέγξουν εάν η σκόνη ή κάτι άλλο είναι υπεύθυνη. Όποια και αν είναι η αιτία, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να την εντοπίσουν στην ανάλυση δεδομένων τους.
Παρά τα πρώτα επιτυχημένα πειράματα με λέιζερ, ο Mazarico και η ομάδα του δεν έχουν ακόμη λύσει το ζήτημα της σκόνης. Οι ερευνητές βελτιώνουν την τεχνική τους ώστε να μπορούν να συλλέγουν περισσότερες μετρήσεις.
Η τέχνη της αποστολής μιας δέσμης φωτονίων στο φεγγάρι ... και η ανάκτησή της
Εν τω μεταξύ, οι επιστήμονες συνεχίζουν να βασίζονται στους επιφανειακούς ανακλαστήρες για να μάθουν νέα πράγματα, παρά το ασθενέστερο σήμα.
Μετρώντας πόσο καιρό χρειάζεται η ακτινοβολία λέιζερ - περίπου 2,5 δευτερόλεπτα κατά μέσο όρο - μπορούν να υπολογίσουν την απόσταση μεταξύ των σταθμών λέιζερ της Γης και των ανακλαστήρων της Σελήνης κάτω από μερικά χιλιοστά. Πρόκειται για το πάχος μιας φλούδας πορτοκαλιού.
Εκτός από τη μετατόπιση της Γης-Σελήνης, τέτοιες μετρήσεις για μεγάλο χρονικό διάστημα και σε πολλούς ανακλαστήρες αποκάλυψαν ότι η Σελήνη έχει ρευστό πυρήνα. Οι επιστήμονες μπορούν να καταλάβουν παρακολουθώντας τις παραμικρές ταλαντεύσεις καθώς περιστρέφεται η Σελήνη. Αλλά θέλουν να μάθουν αν υπάρχει ένας συμπαγής πυρήνας μέσα σε αυτό το υγρό. "Η γνώση του εσωτερικού της Σελήνης έχει μεγαλύτερες επιπτώσεις που περιλαμβάνουν την εξέλιξη της Σελήνης και την εξήγηση του χρονισμού του μαγνητικού πεδίου και του τρόπου με τον οποίο πέθανε".
Μαγνητικές μετρήσεις δειγμάτων Σελήνης που επέστρεψαν οι αστροναύτες του Απόλλωνα αποκάλυψαν κάτι που κανείς δεν περίμενε δεδομένου του πόσο μικρή είναι η Σελήνη: ο δορυφόρος μας είχε ένα μαγνητικό πεδίο πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Οι επιστήμονες προσπαθούν να καταλάβουν τι θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει μέσα στη Σελήνη.
Τα πειράματα με λέιζερ θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αποκάλυψη εάν υπάρχει στερεό υλικό στον πυρήνα της Σελήνης που θα βοηθούσε να τροφοδοτήσει το τώρα εξαφανισμένο μαγνητικό πεδίο. Αλλά για να μάθουν περισσότερα, οι επιστήμονες πρέπει πρώτα να γνωρίζουν την απόσταση μεταξύ των σταθμών της Γης και των ανακλαστήρων της Σελήνης σε υψηλότερο βαθμό ακρίβειας από τα τρέχοντα λίγα χιλιοστά. "Η ακρίβεια αυτής της μέτρησης έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει την κατανόησή μας για τη βαρύτητα και την εξέλιξη του ηλιακού συστήματος", δήλωσε ο Xiaoli Sun, επιστήμονας του Goddard που βοήθησε στο σχεδιασμό του ανακλαστήρα της LRO.
Η λήψη περισσότερων φωτονίων στη Σελήνη είναι μερικοί τρόποι για τη βελτίωση της ακρίβειας. Αλλά είναι ένα ηθικό καθήκον. Οι επιστήμονες πρέπει πρώτα να εντοπίσουν την ακριβή τοποθεσία του καθενός, που αλλάζει συνεχώς με την τροχιά της Σελήνης. Στη συνέχεια, τα φωτόνια λέιζερ πρέπει να ταξιδεύουν δύο φορές μέσα από την παχιά ατμόσφαιρα της Γης, η οποία τείνει να τα διασκορπίζει.
Έτσι, αυτό που ξεκινά ως μια δέσμη φωτός που είναι λίγα μέτρα, το πλάτος στο έδαφος μπορεί να εξαπλωθεί σε περισσότερα από 1 μίλι ή 2 χιλιόμετρα, τη στιγμή που φτάνει στην επιφάνεια της Σελήνης και πολύ ευρύτερο όταν αναπηδά πίσω. Αυτό μεταφράζεται σε μια πιθανότητα ενός στα 25 εκατομμύρια ότι ένα φωτόνιο που εκτοξεύεται από τη Γη θα φτάσει στον ανακλαστήρα Apollo 11. Για τα λίγα φωτόνια που καταφέρνουν να φθάσουν στη Σελήνη, υπάρχει ακόμη χαμηλότερη πιθανότητα, ένα στα 250 εκατομμύρια, ότι θα το επιστρέψουν, σύμφωνα με κάποιες εκτιμήσεις .
Γι 'αυτό παρά τις πολλές προσπάθειες της τελευταίας δεκαετίας, οι επιστήμονες της NASA Goddard δεν μπόρεσαν να φτάσουν στον ανακλαστήρα της LRO μέχρι τη συνεργασία τους με Γάλλους ερευνητές.
Ένα πλεονέκτημα της χρήσης υπέρυθρου φωτός είναι ότι διεισδύει στην ατμόσφαιρα της Γης καλύτερα από το ορατό πράσινο μήκος κύματος του φωτός που παραδοσιακά χρησιμοποιούσαν οι επιστήμονες.
Αλλά ακόμη και με υπέρυθρο φως, το τηλεσκόπιο Grasse έλαβε μόνο περίπου 200 φωτόνια πίσω από δεκάδες χιλιάδες παλμούς που ρίχθηκαν στο LRO κατά τη διάρκεια μερικών ημερομηνιών το 2018 και το 2019, ο Mazarico και η ομάδα του αναφέρουν στην εφημερίδα τους.