Rendetlenkednek a holdi lézertükrök
(Rovat: A Holdnál, Az Apollo holdprogram - 2014.03.13 07:15.)

Orosz automata holdszondák és az amerikai Apollo űrhajósok is lézertükröket hagytak a Holdon, amelyeket használva a mai napig pontosan tudják mérni a Föld–Hold távolság változását.

A Hold felszínén elhelyezett lézertükrök valójában olyan hármasszögletekből (más néven prizmákból) állnak, amelyek lényeges tulajdonsága, hogy a beeső hullám – jelen esetben egy földi obszervatóriumból küldött lézerimpulzus – pontosan a beesés irányával ellentétesen verődik vissza. Így a rájuk irányított lézersugarat ugyanabban az obszervatóriumban képesek venni. A jelek oda-vissza történő futási idejéből kiszámítható a Hold aktuális távolsága.

Többek közt az Apollo-11 nagyjából a Föld irányára merőlegesen beállított lézertükre a visszatükrözés (retroreflexió) jelenségét kihasználva módot ad a Hold távolságnak mérésére. (Kép: NASA)

Ismeretes, hogy a Hold és a Föld távolsága az árapály jelenségének következtében lassan növekszik. (Eközben a Föld forgási sebessége is csökken; a folyamat még jó másfél milliárd évig tart, mire a Föld forgási és a Hold keringési periódusa végül egyenlővé nem válik.) A Hold távolodásának üteme jelenleg kb. 3,8 cm/év, amit épp a már bő négy évtizede a Holdon hagyott eszközök segítségével tudnak pontosan megmérni.

Holdi lézertükrök egyrészt az emberes Apollo program három leszállóhelyén (Apollo-11, -14 és -15), másrészt a szovjet Lunohod-1 és -2 roverek állomáshelyein találhatók. Ez utóbbinak a pozícióját csak néhány éve, az amerikai Lunar Reconnaissance Orbiter nagyfelbontású felvételei révén sikerült megfelelően pontosítani. Így jelenleg összesen 5 többé-kevésbé használható visszaverő felület van a Holdon a lézeres távolságmérések céljára. Nagy kérdés, hogy ezek meddig maradnak még használhatók? Az Egyesült Államokban, az új-mexikói Apache Point obszervatórium 3,5 m-es távcsövénél dolgozó csoport mostanra már néhány mm-es pontossággal képes mérni a Föld–Hold távolságot. A szakemberek az utóbbi években észrevették, hogy a tükrök hatékonysága folyamatosan romlik. A működési elvükből adódóan az eszközök passzívak, azaz saját energiaforrást nem igényelnek. Ezért is maradhattak ilyen hosszú időn át egyáltalán használhatók.

Minden felküldött lézerimpulzussal nagyságrendileg 10¹⁷ (leírva az 1-es után 17 nulla) foton indul el a Hold felé, és még kedvező körülmények között is ezek közül már csak átlagosan egyet tudnak detektálni a „feladó” nagy távcsövével. Ez csupán mintegy tizede annak, amennyit várnának. Bár a Holdnak számottevő légköre nincs, az évtizedek alatt mégis a tükrökre rakódhatott, vagy esetleg az eszközök felületét károsította a finom por, ami gyengíti a fényvisszaverő képességüket. Nem csak hogy csökken a visszaverődés hatékonysága az idő előrehaladtával, de van egy másik, időnként visszatérő jelenség, ami további egy nagyságrenddel ront a helyzeten. A kutatók azt feltételezték, hogy ezért a lézertükröket érő hőhatás a felelős. Míg az amerikai eszközöket alkotó kis prizmák kialakítása olyan, hogy csak a helyi dél környékén (vagyis a Földről nézve teliholdkor) éri őket a teljes napfény, az orosz lézertükrök jobban ki vannak téve a hőhatásnak. Ez utóbbiakat egyáltalán nem is lehet távolságmérésre használni, amíg a helyszínen süt a nap.

Az elképzelés ellenőrzésére jó alkalmat kínál egy holdfogyatkozás. Ilyenkor égi kísérőnk, és vele együtt a felszínén levő lézertükrök rövid időre a Föld árnyékába kerülnek. Ez elegendő lehet az optikai elemek lehűlésére. Egy 2010. decemberi holdfogyatkozás alkalmával az időjárási viszonyok is kegyesek voltak Apache Pointnál, így öt és fél órán át tudtak folyamatos lézertávméréseket végezni a három Apollo és a Lunohod-1 tükreire. Ahogy várták, a visszaverődés hatékonysága javult az amerikai eszközöknél. A Lunohod-1 tükrét azonban így sem tudták használni. A mérések és modellszámítások alapján úgy becsülik, hogy a lézertükrüket mostanra már 50%-os porborítás fedheti. A kutatók eredményeiket nemrég az Icarus folyóiratban publikálták.