Лазерная локация Луны

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 15 сентября 2023 года; проверки требует 1 правка.
Уголковый отражатель экспедиции Аполлон-11

Лазерная локация Луны — измерение расстояний между двумя точками на поверхностях

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

ФИАН, было определено с точностью 200 метров[3]. Причём точность тогда была ограничена сильным искажением лазерного луча лунной поверхностью[2]
.

21 июля 1969 года астронавты программы «Аполлон-11» установили на Луне первый уголковый отражатель, его успешная локация состоялась 1 августа 1969 года[4]. 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[2].

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[2]. Первые сигналы от «Лунохода-1» были получены 5 и 6 декабря 1970 года упомянутым выше 2,6-метровым телескопом Крымской астрофизической обсерватории[3], в том же месяце приняты и обсерваторией в Пик-дю-Миди[5]. Отражатель «Лунохода-1» в первые полтора года работы обеспечил около двадцати наблюдений, но затем его точное положение утерялось, и найти его до апреля 2010 года не удавалось.[6][7] 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.[7] 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[8], 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[9][10].

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[11][12][13].

Основные станции, осуществляющие лазерную локацию Луны

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.[7][14].

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).[7]

См. также

  • Лазерная локация

Примечания

  1. ↑ Radio Astronomy — Project Luna See Архивная копия от 7 апреля 2014 на Wayback Machine.
  2. ↑ 1 2 3 4 Басов Н. Г., Кокурин Ю. Л. Лазерная локация Луны // Наука и человечество. — М.: Знание, 1986. — С. 262—277.
  3. ↑ 1 2 Дж. Фоллер, Дж. Уамплер. Лунный лазерный отражатель (англ.) // Успехи физических наук : journal. — Российская академия наук, 1971. — Vol. 103, no. 1. — P. 139—154. Архивировано 5 марта 2011 года.
  4. ↑ Michael E. Newman Архивная копия от 27 июля 2022 на Wayback Machine. To the Moon and Back … in 2.5 Seconds. nist.gov. 26 сентября 2017 года.
  5. ↑ J. M. Torre, M. Furia, J. F. Mangin, E. Samain. Meo Improvements for lunokhod1 trakhing. Архивировано 3 июня 2010 года. (англ.).
  6. ↑ James G. Williams and Jean O. Dickey Lunar Geophysics, Geodesy, and Dynamics 13th International Workshop on Laser Ranging Архивная копия от 4 июня 2016 на Wayback Machine, October 7—11, 2002, Washington, D. C. (англ.).
  7. ↑ 1 2 3 4 В. Г. Турышев, JPL NASA «Лазерная локация Луны и проверка общей теории относительности» Архивная копия от 25 апреля 2013 на Wayback Machine, Проблемы современной астрометрии, Звенигород 2007, доклад конференции (англ.) (рус.).
  8. ↑ Russia Today, 2015: «Поэтому поставили его <«Луноход-2»> таким образом, чтобы можно было работать его уголковым отражателем, и он до сих пор работает...».
  9. ↑ Ю. Л. Кокурин. Лазерная локация Луны. 40 лет исследований // Квантовая электроника. — 2003. — Т. 33, № 1. — С. 45—47.
  10. doi:10.3367/UFNr.0134.198107e.0526. Архивировано
    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».
  11. ↑ China's first successful lunar laser ranging accomplished (англ.). xinhuanet.com. Синьхуа (24 января 2018). Дата обращения: 26 июля 2018. Архивировано 26 июля 2018 года.
  12. ↑ Yunnan observatories. Chinese academy of sciences (кит.). www.ynao.ac.cn (23 января 2018). Дата обращения: 3 января 2020. Архивировано 20 августа 2019 года.
  13. ↑ Research and Experiment of Lunar Laser Ranging in Yunnan Observatories (кит.). opticsjournal.net (2019). Дата обращения: 3 января 2020. Архивировано 28 мая 2019 года.
  14. ↑ Алёшкина, 2002.

Литература

Ссылки
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Лазерная_локация_Луны&oldid=135274680