211service.com
Den mystiska nedbrytningen av Apollo Reflector Arrays
Lunar laseravståndsexperiment har producerat en skattkammare av intressant information om månen, till exempel att den spiralerar bort från oss med en hastighet av 38 mm per år.
Experimenten är enkla. Astronomer avfyrar en laserpuls mot en reflektor placerad på månens yta av Apollo 15-uppdraget och använder sedan ett teleskop för att leta efter reflektionen, cirka 2 sekunder senare.
Observationerna är utmanande. Av de 10^17 fotoner som ger sig ut mot månen i varje puls är det bara en som tar sig tillbaka i genomsnitt. Och bara då om synförhållandena är goda.
När förhållandena är goda siktar astronomer ofta på arrayerna som lämnats av Apollo 11 och 14-uppdragen som bara är en tredjedel av storleken på Apollo 15 och därför svårare att se. Om observatörerna har tur kan de också prova den ryska Lunakhod 2-arrayen (Lunakhod 1-arrayen har inte setts sedan 1971).
Allt som allt har astronomer gjort observationer sedan 1969, först från MacDonald Observatory i västra Texas och senare från Apache Point Observatory i New Mexico. Detta ger dem en omfattande databas för att analysera reflektorernas beteende.
Så hur har dessa reflektorer klarat sig under de svåra förhållandena på månens yta genom åren? Det är frågan som Tom Murphy vid University of California San Diego och några kompisar tog upp idag. Och deras analys utgör ett intressant problem.
Först och främst säger de att effektiviteten för alla tre Apollo-reflektormatriserna har sjunkit med en storleksordning under deras vistelse på månen. Lunakhod-reflektorn har gått ännu sämre. När den kom till månen 1973 var signalen 25 procent starkare än Apollo 15:s. Idag är det tio gånger värre.
Vad har hänt med den här utrustningen?
Reflektorerna består av en rad kubiska prismor som fungerar genom total intern reflektion. Dessutom har Lunakhod-prismorna försilvrade ytor och är mer exponerade. Nedbrytning av denna silverfärgning förklarar förmodligen dess relativa minskning av prestanda.
Men vad har orsakat nedbrytningen av Apollo-prismorna? Allt som sätter sig på eller skadar prismornas optiska ytor kommer att minska effektiviteten hos de totala interna reflektionerna. Murphy och co diskuterar flera möjligheter såsom mikrometeoritskador, månens dammsamling och nedbrytningen av teflonmonteringsringarna som kan ha lämnat avlagringar på prismornas baksida.
Vilken som helst av dessa mekanismer kan förklara fallet men det är svårt att sätta fast en.
Det finns dock ett annat mer spännande pussel om laseravståndsdata. När månen är full sjunker effektiviteten för alla Apollo-reflektorer med ytterligare en faktor tio. Murphy och co har uteslutit markbaserade effekter som mättnaden av deras fotondetektorer när månen är ljus.
Så varför händer detta? En ledtråd kommer från studiet av avkastning under totala månförmörkelser. Inom 15 minuter efter att en förmörkelse inträffade återgår reflektorernas effektivitet till sina normala nivåer. När förmörkelsen tar slut och månen är full igen, sjunker effektiviteten omedelbart igen.
Det pekar starkt på en termisk effekt. När solen står lågt på månhimlen kan dess strålar inte direkt komma in i prismorna som är försänkta i arrayerna. Men när solen är över huvudet (vilket är när månen verkar full på jorden), färdas dess strålar direkt in i prismorna. Detta är förmodligen att värma prismorna, förvränga dem och minska effektiviteten av deras reflektioner.
Men varför nu? Fullmåneeffekten var inte ett problem under månens första tid.
Damm är kanske den mest sannolika kandidaten för den observerade nedbrytningen, säger Murphy och co. Solljuset absorberas troligen av damm på de optiska ytorna som i sin tur värmer kiselprismorna.
Damm är känt för att sväva ovanför månens yta på grund av elektrostatiska krafter och mikrometeoriteffekter skickar förmodligen några bloss in i månens atmosfär regelbundet.
Intressant arbete. Och en som är av mer än övergående intresse för många astronomer eftersom det har konsekvenser för alla som funderar på att skicka utrustning till månen i framtiden. Olika astronomer vill skicka teleskop till månen, särskilt den bortre sidan på grund av de enorma synförhållandena där och dess isolering från jorden. Att veta hur Apollo-utrustningen har klarat sig kommer att vara avgörande när det gäller att designa det här.
Ref: arxiv.org/abs/1003.0713 : Långsiktig nedbrytning av optiska enheter på månen