wszechświat
Autor: Michał Różyczka | dodano: 2012-08-09
Jak się mierzy odległość Ziemia–Księżyc?

(Fot. NASA)

Jak się mierzy odległość Ziemia–Księżyc?

Odpowiada prof. dr hab. Michał Różyczka z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, redaktor Świata Nauki.

W latach 1969–1973 na naszym naturalnym satelicie umieszczono pięć zwierciadeł przeznaczonych do odbijania wysyłanych z Ziemi impulsów laserowych. Dwa zawiozły tam radzieckie Łunochody, trzy – astronauci wypraw Apollo 11, 14 i 15. Największe spośród nich znajduje się w miejscu lądowania Apolla 15, położonym na południowo-wschodnim skraju Morza Deszczów (Mare Imbrium), u stóp Apeninów Księżycowych (Montes Apenninus). Jest to prostokątny zestaw 300 (12 × 25) retroreflektorów o średnicy 3.8 cm, z których każdy ma trzy prostopadłe względem siebie powierzchnie lustrzane i dzięki temu odbija padające nań fotony dokładnie w kierunku ich źródła.

Zwierciadła księżycowe oświetla się laserem umieszczonym równolegle do osi optycznej teleskopu. Promień lasera nie jest ciągły, lecz składa się z biegnących w jednakowych odstępach „paczek fotonów” o ustalonej grubości. Po odbiciu od Księżyca niewielka część pierwotnej liczby fotonów trafia do detektora w ognisku teleskopu. Znając dokładną częstość i przybliżony czas dotarcia fotonów z każdej paczki, można je odróżnić od niezwiązanych z eksperymentem „fotonów tła” i zarejestrować dokładny czas ich przybycia, co jest równoważne zmierzeniu odległości Ziemia–Księżyc.

Pierwotna średnia dokładność pomiaru wynosiła 15 cm, a w 2005 roku wzrosła do 2 cm (czyli do sześciu miliardowych mierzonej wartości!). Jednorazowy rekord padł podczas zaćmienia Księżyca 13 kwietnia 2000 roku, kiedy kierowanemu przez Jeana-Francois’a Mangina zespołowi z Observatoire de la Côte d’Azur udało się uzyskać dokładność 1.3 mm. Od 2006 roku w Apache Point Observatory w stanie Nowy Meksyk realizuje się program mający na celu zwiększenie średniej dokładności do 1 mm. Tamtejszy laser „strzela” paczkami złożonymi z około 3 × 1017 fotonów, które układają się w cienką tarczę grubości 2 cm. Po dotarciu do Księżyca paczka ma średnicę 2 km, a po powrocie na Ziemię – 15 km. Takie jej rozmycie sprawia, że mimo dużej średnicy teleskopu (3.5 m) do detektora trafia zaledwie jeden do trzech fotonów. Jednak naukowcy z Apache Point zbliżyli się już do zaplanowanej dokładności.

Wyniki 40-letnich pomiarów pozwoliły precyzyjnie określić parametry orbity Srebrnego Globu. Dzięki temu prześledzono tor jego ruchu w ciągu ostatnich 3400 lat, co umożliwiło dokładne datowanie zaćmień opisanych w dokumentach i przekazach historycznych. Stwierdzono też m.in., że od lądowania Apolla 11 Księżyc oddalał się od Ziemi w tempie 38 mm na rok, zaś stała grawitacji Newtona zmieniła się w tym czasie co najwyżej o 10–11 swojej wartości. Odpowiednio długo powtarzane pomiary z dokładnością do 1 mm pozwolą zweryfikować hipotezy dotyczące wewnętrznej budowy Księżyca i zaobserwować subtelne efekty przewidywane przez ogólną teorię względności, a nawet stwierdzić, czy nie należy jej zastąpić przez którąś z alternatywnych teorii grawitacji. Niestety, po 40 latach ostrzeliwania księżycowych zwierciadeł przez mikrometeoryty i wysokoenergetyczne cząstki wiatru słonecznego moc odbitego sygnału zmalała prawie 15-krotnie i nadal słabnie. Jeśli w najbliższym czasie te wysłużone konstrukcje nie zostaną zastąpione nowocześniejszymi i efektywniejszymi, praca zespołu z Apache Point może pójść na marne.  

Więcej w miesięczniku „Świat Nauki" nr 06/2010 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2017
10/2017 - specjalny
Kalendarium
Listopad
23
W 2003 r. miało miejsce całkowite zaćmienie Słońca widoczne w Australii, Nowej Zelandii, Antarktyce i Ameryce Południowej.
Warto przeczytać
Odkrycia Svante Pääbo zrewolucjonizowały antropologię i doprowadziły do naniesienia poprawek w naszym drzewie genealogicznym. Stały się fundamentem, na którym jeszcze przez długie lata budować będą inni badacze

Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Michał Różyczka | dodano: 2012-08-09
Jak się mierzy odległość Ziemia–Księżyc?

(Fot. NASA)

Jak się mierzy odległość Ziemia–Księżyc?

Odpowiada prof. dr hab. Michał Różyczka z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN, redaktor Świata Nauki.

W latach 1969–1973 na naszym naturalnym satelicie umieszczono pięć zwierciadeł przeznaczonych do odbijania wysyłanych z Ziemi impulsów laserowych. Dwa zawiozły tam radzieckie Łunochody, trzy – astronauci wypraw Apollo 11, 14 i 15. Największe spośród nich znajduje się w miejscu lądowania Apolla 15, położonym na południowo-wschodnim skraju Morza Deszczów (Mare Imbrium), u stóp Apeninów Księżycowych (Montes Apenninus). Jest to prostokątny zestaw 300 (12 × 25) retroreflektorów o średnicy 3.8 cm, z których każdy ma trzy prostopadłe względem siebie powierzchnie lustrzane i dzięki temu odbija padające nań fotony dokładnie w kierunku ich źródła.

Zwierciadła księżycowe oświetla się laserem umieszczonym równolegle do osi optycznej teleskopu. Promień lasera nie jest ciągły, lecz składa się z biegnących w jednakowych odstępach „paczek fotonów” o ustalonej grubości. Po odbiciu od Księżyca niewielka część pierwotnej liczby fotonów trafia do detektora w ognisku teleskopu. Znając dokładną częstość i przybliżony czas dotarcia fotonów z każdej paczki, można je odróżnić od niezwiązanych z eksperymentem „fotonów tła” i zarejestrować dokładny czas ich przybycia, co jest równoważne zmierzeniu odległości Ziemia–Księżyc.

Pierwotna średnia dokładność pomiaru wynosiła 15 cm, a w 2005 roku wzrosła do 2 cm (czyli do sześciu miliardowych mierzonej wartości!). Jednorazowy rekord padł podczas zaćmienia Księżyca 13 kwietnia 2000 roku, kiedy kierowanemu przez Jeana-Francois’a Mangina zespołowi z Observatoire de la Côte d’Azur udało się uzyskać dokładność 1.3 mm. Od 2006 roku w Apache Point Observatory w stanie Nowy Meksyk realizuje się program mający na celu zwiększenie średniej dokładności do 1 mm. Tamtejszy laser „strzela” paczkami złożonymi z około 3 × 1017 fotonów, które układają się w cienką tarczę grubości 2 cm. Po dotarciu do Księżyca paczka ma średnicę 2 km, a po powrocie na Ziemię – 15 km. Takie jej rozmycie sprawia, że mimo dużej średnicy teleskopu (3.5 m) do detektora trafia zaledwie jeden do trzech fotonów. Jednak naukowcy z Apache Point zbliżyli się już do zaplanowanej dokładności.

Wyniki 40-letnich pomiarów pozwoliły precyzyjnie określić parametry orbity Srebrnego Globu. Dzięki temu prześledzono tor jego ruchu w ciągu ostatnich 3400 lat, co umożliwiło dokładne datowanie zaćmień opisanych w dokumentach i przekazach historycznych. Stwierdzono też m.in., że od lądowania Apolla 11 Księżyc oddalał się od Ziemi w tempie 38 mm na rok, zaś stała grawitacji Newtona zmieniła się w tym czasie co najwyżej o 10–11 swojej wartości. Odpowiednio długo powtarzane pomiary z dokładnością do 1 mm pozwolą zweryfikować hipotezy dotyczące wewnętrznej budowy Księżyca i zaobserwować subtelne efekty przewidywane przez ogólną teorię względności, a nawet stwierdzić, czy nie należy jej zastąpić przez którąś z alternatywnych teorii grawitacji. Niestety, po 40 latach ostrzeliwania księżycowych zwierciadeł przez mikrometeoryty i wysokoenergetyczne cząstki wiatru słonecznego moc odbitego sygnału zmalała prawie 15-krotnie i nadal słabnie. Jeśli w najbliższym czasie te wysłużone konstrukcje nie zostaną zastąpione nowocześniejszymi i efektywniejszymi, praca zespołu z Apache Point może pójść na marne.