211service.com
De mysterieuze degradatie van de Apollo-reflectorarrays
Experimenten met maanlasers hebben een schat aan interessante informatie over de maan opgeleverd, bijvoorbeeld dat deze met een snelheid van 38 mm per jaar van ons af beweegt.
De experimenten zijn eenvoudig. Astronomen vuren een laserpuls af op een reflector die door de Apollo 15-missie op het maanoppervlak is geplaatst en gebruiken vervolgens een telescoop om de reflectie te zoeken, ongeveer 2 seconden later.
De waarnemingen zijn uitdagend. Van de 10^17 fotonen die in elke puls richting de maan gaan, komt er gemiddeld maar één terug. En alleen dan als de zichtomstandigheden goed zijn.
Als de omstandigheden goed zijn, richten astronomen zich vaak op de arrays die zijn achtergelaten door de Apollo 11- en 14-missies die slechts een derde van de grootte van Apollo 15's zijn en daarom moeilijker te zien zijn. Als de waarnemers geluk hebben, kunnen ze ook proberen voor de Russische Lunakhod 2-array (de Lunakhod 1-array is sinds 1971 niet meer gezien).
Al met al hebben astronomen sinds 1969 waarnemingen gedaan, eerst vanaf het MacDonald Observatorium in West Texas en later vanaf het Apache Point Observatorium in New Mexico. Dit geeft hen een substantiële database waarmee ze het gedrag van de reflectoren kunnen analyseren.
Dus hoe verging het deze reflectoren in de barre omstandigheden op het maanoppervlak door de jaren heen? Dat is de vraag die vandaag wordt beantwoord door Tom Murphy van de University of California San Diego en een paar maatjes. En hun analyse levert een interessant probleem op.
Allereerst zeggen ze dat de efficiëntie van alle drie de Apollo-reflectorarrays tijdens hun verblijf op de maan met een orde van grootte is gedaald. De Lunakhod-reflector heeft het nog slechter gedaan. Toen het in 1973 op de maan aankwam, was het signaal 25 procent sterker dan dat van Apollo 15. Vandaag is het tien keer erger.
Wat is er met deze versnelling gebeurd?
De reflectoren bestaan uit een reeks kubusvormige prisma's die werken op basis van totale interne reflectie. Bovendien hebben de Lunakhod-prisma's verzilverde oppervlakken en zijn ze meer zichtbaar. De degradatie van deze verzilvering verklaart waarschijnlijk de relatieve prestatiedaling.
Maar wat heeft de degradatie van de Apollo-prisma's veroorzaakt? Alles wat zich vastzet op of de optische oppervlakken van de prisma's beschadigt, zal de efficiëntie van de totale interne reflecties verminderen. Murphy en co bespreken verschillende mogelijkheden, zoals beschadiging door micrometeoriet, ophoping van maanstof en het afbreken van de teflon-montageringen die mogelijk afzettingen hebben achtergelaten op het achteroppervlak van de prisma's.
Elk van deze mechanismen zou de daling kunnen verklaren, maar het is moeilijk om er een vast te pinnen.
Er is echter nog een meer intrigerende puzzel over de laserbereikgegevens. Als de maan vol is, daalt de efficiëntie van alle Apollo-reflectoren met nog een factor tien. Murphy en co hebben effecten op de grond uitgesloten, zoals de verzadiging van hun fotondetectoren wanneer de maan helder is.
Dus waarom gebeurt dit? Een aanwijzing komt uit de studie van terugkeer tijdens totale maansverduisteringen. Binnen 15 minuten na het optreden van een zonsverduistering keert de efficiëntie van de reflectoren terug naar zijn normale niveau. Als de zonsverduistering eindigt en de Maan weer vol is, daalt de efficiëntie meteen weer.
Dat wijst sterk op een thermisch effect. Wanneer de zon laag aan de maanhemel staat, kunnen haar stralen niet rechtstreeks de prisma's binnendringen die verzonken zijn in de arrays. Maar wanneer de zon boven het hoofd staat (dat is wanneer de maan vol op aarde lijkt), reizen zijn stralen rechtstreeks naar de prisma's. Dit verwarmt waarschijnlijk de prisma's, vervormt ze en vermindert de efficiëntie van hun reflecties.
Maar waarom nu? Het effect van de volle maan was geen probleem in de begindagen van het maanbereik.
Stof is misschien wel de meest waarschijnlijke kandidaat voor de waargenomen degradatie, zeggen Murphy en co. Het zonlicht wordt waarschijnlijk geabsorbeerd door stof op de optische oppervlakken, dat op zijn beurt de silicaprisma's verwarmt.
Het is bekend dat stof boven het maanoppervlak zweeft vanwege elektrostatische krachten en micrometeorieteninslagen sturen waarschijnlijk regelmatig een paar trekjes in de maanatmosfeer.
Interessant werk. En een die voor veel astronomen van meer dan voorbijgaand belang is, omdat het gevolgen heeft voor iedereen die erover denkt in de toekomst uitrusting naar de maan te sturen. Verschillende astronomen willen telescopen naar de maan sturen, vooral naar de andere kant vanwege de geweldige omstandigheden daar en het isolement van de aarde. Weten hoe de Apollo-uitrusting is vergaan, zal cruciaal zijn als het gaat om het ontwerpen van dit spul.
Referentie: arxiv.org/abs/1003.0713 : Langdurige degradatie van optische apparaten op de maan