Interested Article - Лазерная локация Луны

Уголковый отражатель экспедиции Аполлон-11

Лазерная локация Луны — измерение расстояний между двумя точками на поверхностях Земли и Луны соответственно посредством лазерной локации с использованием уголковых отражателей , находящихся на поверхности Луны, или без них (на ранних этапах исследований). Научное значение таких экспериментов состоит в уточнении гравитационной постоянной и проверке теории относительности ; уточнении ряда параметров движения динамической системы Земля — Луна ; получении новых данных о физических свойствах и внутреннем строении Земли и Луны и др.

История

Эксперименты по лазерной локации Луны, ещё без использования уголковых отражателей, велись уже с начала 1960-х годов в США и СССР. В США с 9 по 11 мая 1962 года для этой цели использовались два телескопа системы Кассегрена MIT , первый диаметром 30,5 см направлял луч рубинового лазера на Луну, второй, диаметром 122 см, принимал отражённый сигнал. Лоцировались кратеры Аль-Баттани , Тихо , Коперник , Лонгомонтан . В СССР в 1963 году лоцировался квадрат внутри лунного кратера Аль-Баттани , и как для посылки луча рубинового лазера, так и для приёма его использовался телескоп имени Шайна с диаметром главного зеркала 260 см Крымской астрофизической обсерватории , у которого после посылки сигнала специальное зеркало изменяло своё положение, направляя отражённый от поверхности Луны сигнал в фотоприёмник . В этой обсерватории были произведены первые измерения расстояния до Луны посредством лазерной локации, когда в 1965 году оно с помощью новой установки, изготовленной в ФИАН , было определено с точностью 200 метров . Причём точность тогда была ограничена сильным искажением лазерного луча лунной поверхностью .

21 июля 1969 года астронавты программы « Аполлон-11 » установили на Луне первый уголковый отражатель , его успешная локация состоялась 1 августа 1969 года . Позднее подобные же отражатели были установлены астронавтами программ « Аполлон-14 » и « Аполлон-15 ». Отражатель Аполлона-15 является наиболее крупным, представляет собой панель из трёхсот призм, два других отражателя «Аполлонов» имели по 100 призм, термоизоляция представляла собой тяжёлую коробку из сплава алюминия .

Советские аппараты « Луноход-1 », доставленный на Луну в рамках миссии « Луна-17 », и « Луноход-2 », доставленный в ходе миссии « Луна-21 », также были оснащены уголковыми отражателями. Сами отражатели были изготовлены во Франции , а система защиты их от пыли и система ориентации разработана советскими специалистами. Уголковый отражатель «Лунохода» представлял собой систему из 14 стеклянных четырёхгранных пирамид (каждая представляла собой «отрезанный» плоскостью угол куба со стороной 9 см), размещённых в одной термоизолированной коробке так, что наклонные их грани открыты для поступления лазерного луча . Первые сигналы от «Лунохода-1» были получены 5 и 6 декабря 1970 года упомянутым выше 2,6-метровым телескопом Крымской астрофизической обсерватории , в том же месяце приняты и обсерваторией в Пик-дю-Миди . Отражатель «Лунохода-1» в первые полтора года работы обеспечил порядка 20 наблюдений, но затем его точное положение утерялось, и найти его до апреля 2010 года не удавалось. Предполагалось, что луноход встал в наклонном положении, что ослабляет отражённый от него сигнал и затрудняет его поиск при неточных данных о координатах на поверхности Луны. Отражатель «Лунохода-1» мог быть найден, если бы отражённый им зайчик попал на оптические фотографии поверхности Луны, которые планировалось сделать с помощью спутника Lunar Reconnaissance Orbiter , или в поле зрения наблюдения других окололунных станций. 22 апреля 2010 года «Луноход-1» найден на поверхности Луны Томом Мерфи с группой учёных, отправивших лазерные импульсы с телескопа обсерватории Апаче-Пойнт в Нью-Мексико.

С установлением местонахождения остальных четырёх отражателей, включая установленный на «Луноходе-2», проблем не возникало , их постоянное зондирование ведётся в данный момент рядом станций, в том числе Лабораторией реактивного движения НАСА ( Jet Propulsion Laboratory , или JPL NASA ), которая вела наблюдения по лазерной локации отражателей с самого момента их установки. На 2,6-метровом телескопе Крымской астрофизической обсерватории, где в 1978 году была установлена аппаратура, позволяющая измерять расстояние до Луны с точностью 25 см, в общей сложности проведено 1400 определений этой величины, чаще всего — до уголковых отражателей «Лунохода-2» и «Аполлона-15». Однако в 1983 году работы там были прекращены ввиду свёртывания советской лунной программы .

В январе 2018 года китайское агентство « Синьхуа » сообщило о первом в этой стране опыте лазерной локации Луны с использованием отражателя, установленного американской миссией «Аполлон-15» в 1971 году .

Основные станции, осуществляющие лазерную локацию Луны

JPL NASA , Калифорния , США
Обсерватория Макдональд , Техас , США
OCA , Ницца , Франция
, Гавайские острова , США (в данный момент не работает)
Apache Point , Нью-Мексико , США
, Матера , Италия
филиал OCA , Южная Африка (использует прежний прибор станции OCA )

Принцип измерения

Лазерный пучок, направленный на Луну (телескоп станции Apache Point)

Лазер излучает сигнал в телескоп, направленный на отражатель, при этом точно фиксируется время, когда сигнал был излучён. Часть фотонов от первоначального сигнала возвращается обратно на детектор с целью зафиксировать начальную точку данных. Площадь пучка от сигнала на поверхности Луны составляет 25 км² (площадь уголковых отражателей при этом — примерно 1 м на 1 м). Отражённый от прибора на Луне свет в течение примерно одной секунды возвращается в телескоп, далее проходит через систему фильтрации для получения фотонов на нужной длине волны и для отсева шумов. .

Точность наблюдений

С 1970-х годов точность измерения расстояния увеличилась с нескольких десятков (порядка 40) до нескольких (порядка 2-3) сантиметров. Новая станция Apache Point может достигнуть точности порядка миллиметров.

Точность измерения времени в настоящем — порядка 30 пикосекунд (что и соответствует примерно двум сантиметрам точности измерения расстояния).

См. также

Лазерная локация

Примечания

от 7 апреля 2014 на Wayback Machine .
↑ Басов Н. Г. , Кокурин Ю. Л. Лазерная локация Луны // Наука и человечество . — М. : Знание , 1986. — С. 262—277 .
↑ Дж. Фоллер, Дж. Уамплер. (англ.) // Успехи физических наук : journal. — Российская академия наук , 1971. — Vol. 103 , no. 1 . — P. 139—154 . 5 марта 2011 года.
от 27 июля 2022 на Wayback Machine . To the Moon and Back … in 2.5 Seconds. nist.gov. 26 сентября 2017 года.
J. M. Torre, M. Furia, J. F. Mangin, E. Samain. . 3 июня 2010 года. (англ.) .
от 4 июня 2016 на Wayback Machine , October 7—11, 2002, Washington, D. C. (англ.) .
↑ от 25 апреля 2013 на Wayback Machine , Проблемы современной астрометрии, Звенигород 2007, доклад конференции (англ.) (рус.) .
: «Поэтому поставили его <«Луноход-2»> таким образом, чтобы можно было работать его уголковым отражателем, и он до сих пор работает...».
Ю. Л. Кокурин. // Квантовая электроника. — 2003. — Т. 33 , № 1 . — С. 45—47 .
Абалкин В. К., Кокурин Ю. Л. (рус.) // Успехи физических наук : журнал. — Российская академия наук , 1981. — Июль. — С. 526—535 . — doi : . 31 марта 2019 года. «В результате реализации программы лазерных светолокационных наблюдений Луны, выполненной в 1973—1980 гг. <…> было проведено около 1200 измерений по всем пяти уголковым отражателям».
(англ.) . xinhuanet.com . Синьхуа (24 января 2018). Дата обращения: 26 июля 2018. 26 июля 2018 года.
(кит.) . www.ynao.ac.cn (23 января 2018). Дата обращения: 3 января 2020. 20 августа 2019 года.
(кит.) . opticsjournal.net (2019). Дата обращения: 3 января 2020. 28 мая 2019 года.
.

Литература

// rt.com : сетевое издание. — Автономная некоммерческая организация «ТВ-Новости», 2015. — 20 ноября. 20 ноября 2015 года. Интервью с кандидатом военных наук Довганем Вячеславом Георгиевичем
Алёшкина Е. Ю. (рус.) // Природа : журнал. — Наука , 2002. — Сентябрь (№ 9). — С. 57—66 . — ISSN .