Zrcátka (koutové odražeče) na Měsíci

19. duben 2010 | 06.00 |
› 

lk2Určováním vzdálenosti Měsíce od Země se zabývali astronomové už v dávnověku. Například Aristarchos ze Samu (3. století př. n. l.) ve svém spise "O velikosti a vzdálenosti Slunce a Měsíce" položil základy pokusům o geometrické změření vzdáleností mezi Zemí a uvedenými tělesy. Zde se domníval, že Měsíc je od naší planety vzdálen pouhých 9,5 zemských průměrů na rozdíl od skutečné vzdálenosti (30,2 zemských průměrů). V roce 1946 byl k Měsíci poprvé vyslán rádiový signál, aby byla stanovena vzdálenost Země a Měsíce. Radiové signály byly však nahrazeny dodnes užívanou přesnější metodou využívající laserový paprsek (Lunar Laser Ranging - LLR). Když se poprvé namířil v roce 1962 laserový paprsek k Měsíci nebyla tato metoda shledána za dostatečně přesnou, neboť velké nerovnosti na měsíčním povrchu způsobovaly obrovská zkreslení získané vzdálenosti. Metoda LLR se stala účinnou teprve po instalaci koutových odražečů (reftroreflektorů) přímo na povrchu Měsíce.

speed


                                                                                
kout odražeč 1Dne 21. července 1969 koutový odražeč umístil Neil Armstrong v Moři klidu. Koutový odražeč instalovaný posádkou Apolla 11 se skládal ze stovky malých krychliček z vysoce homogenního umělého křemene Suprasil, rozmístěných na hliníkovém panelu o ploše 46 čtverečních centimetrů.

První měření s využitím retroreflektorů se uskutečnilo o 11 dní později pomocí dalekohledu Lickovy observatoře. Ten byl využíván k ozařování Měsíce již dříve, dokonce kvůli silnému laserovému paprsku musela být odkláněna letecká doprava z letišť v San José a San Francisku.

Druhý odražeč dopravila na Měsíc sovětská mise Luna 17 v listopadu 1970. Tento koutový odražeč francouzské výroby se 14 odraznými hranolky byl umístěn na prvním měsíčním vozítku s označením Lunochod 1, které se pohybovalo v západní oblasti Moře dešťů (Mare Imbrium). Podle některých zdrojů je však tento odražeč nefunkční, neboť došlo k jeho znečištění měsíčním prachem.

Třetí odražeč instalovala v lednu 1971 posádka Apolla 14 v oblasti kráterové formace Fra Mauro a v červenci téhož roku pak k němu přibyl další, umístěný na terénním vozidle Apolla 15, který dodnes odpočívá u úpatí měsíčního pohoří Apenin.

Pátý funkční odražeč se na Měsíci objevil až v lednu 1973, instalovaný na vozítku Lunochod 2 sovětskou misí Luna 21. Byl francouzské výroby, tvořený postříbřenými povrchy a erozí mikrometeoritů údajně oslepl.

kout odražeč 2Retroreflektor (koutový odražeč) je nejčastěji tvořen trojbokou pyramidou. Je zajímavá tím, že se v ní světlo odráží vždy ve směru, ve kterém na ni dopadlo. Z tohoto důvodu jsou odrazky aut, patníků a nášivky na cyklistických bundách tvořeny retroreflektory. V armádě tvoří zavěšené retroreflektorové jehlany klamné cíle pro radarovou techniku, protože odráží vlny radaru právě v tom směru, ve kterém na ně byly vyslány a tím radary oslepují. Retroreflektorová pole z taveného křemene tvoří odrazky o hraně asi 3,8 cm.

Osvětlení reflektoru se realizovalo pomocí laserů instalovaných ve velkých pozemských teleskopech, jež byly použity i při detekci odražených svazků. Na měření vzdálenosti Měsíce pomocí LLR se podílela zhruba desítka pozemních stanic z pěti zemí světa. Některé z nich, jako například německý Wettzell, nacházející se blízko Šumavy jsou dodnes v činnosti. Pomocí optického dalekohledu se k danému odražeči vyšle laserový paprsek, který se od jeho zrcadélek odrazí přesně ve stejném směru, od kterého přišel. Měřením času mezi odeslaným a přijatým signálem a pomocí známé rychlosti světla lze určit vzdálenost velmi přesně. V roce 1969 dosahovala přesnost těchto měření 40 cm, ale v roce 1985 už 18 cm. Současná měření dovolují určit vzdálenost Měsíce od Země na neuvěřitelných 5 mm! Tím bylo dokázáno, že se Měsíc postupně od Země vzdaluje po spirále rychlosti asi 3,8 cm/rok.

lk3I když malé reftroreflektory nejsou pochopitelně ze Země viditelné, lze dalekohledy sloužící k vysílání a přijímání laserových impulsů, poměrně přesně nasměrovat. U Měsíce má totiž "paprsek" tloušťku od 3 do 7 km, a tak trefit se s ním do požadované oblasti není příliš velký problém. Laserová "ozvěna" od našeho souseda ovšem není nijak zvlášť silná. I když se k Měsíci vydá asi 1019 fotonů, vrátí se zpátky i za velmi dobrých atmosférických podmínek v průběhu sekundy jen několik fotonů, což je mnohem méně, než dostává lidské oko i za té nejtemnější noci. Systém LLR však dokáže zachytit i tyto jednotlivé fotony.

Do dalekohledu se však dostává světlo, které nepochází zrovna od laserových paprsků odražených z Měsíce. Tento problém se částečně řeší tím, že každý foton odcházející z pozemní stanice je řádně "označkován". Laser totiž produkuje monochromatické světlo o známé vlnové délce, takže k odstranění nežádoucího světla se použije filtru s propustností pouze 0,12 nm. Světlo vcházející do detektoru také musí nejprve projít skrze clonu s průměrem pouze několik obloukových sekund, která zajišťuje odpovídající směr příchozích paprsků. Detektor odražených signálů je rovněž naprogramován takovým způsobem, aby přijímal laserové pulsy pouze v úzce vymezených "oknech", ve kterých se na základě dřívějších testů předpokládá příchod paprsku. Taková pozorovací okna s dobou trvání jen několik mikrosekund dokáží docela spolehlivě rozlišit, zda dané světlo pochází z odrazu od koutových odražečů na povrchu Měsíce, nebo z jiného zdroje. Úspěšnost zachycení odražených signálů je po těchto procedurách neuvěřitelných 99 %.

Tato velmi přesná metoda měření neslouží pouze k určení vzdálenosti Země-Měsíc, ale rovněž k celé plejádě jiných aplikací, např. zjištění o vzdalování Měsíce od Země, seismice Měsíce, relativistických efektů, důkazů o pohybu litosférických desek či variacím v délce pozemského dne.

Ani americkým odrazkám se na Měsíci nevede moc dobře, jejich schopnost odrážet za uplynulá léta klesla asi desetkrát. Za snížením odrazivosti může vrstva meteoritů a lunárního prachu, který se na odrazkách postupně usazuje. Přitom se ale projevuje zajímavá věc - odrazivost se výrazně mění v závislosti na lunární fázi. Nejsilnější je krátce po lunárním zatmění, když se retroreflektory vynoří ze stínu Země a vlivem termických jevů  jejich odrazivost roste.

Podle Pavla Gabzdyla

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.64 (11x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře