Насколько точно можно определить расстояние до Луны?
Что такое лазерная локация Луны?
Лазерная локация — это способ измерения расстояния с помощью лазера. Расстояние рассчитывается как половина времени, за которое лазерные импульсы, испускаемые лазером, возвращаются обратно. Для локации Луны импульсы должны отразиться от одного из расположенных на поверхности луны отражателей.
Отражатели были установлены на Луне в 1969–1973 годах пилотируемыми экспедициями и автоматическими аппаратами. Это матрицы, состоящие из десятков призм с тремя перпендикулярными гранями, отражающих свет в противоположном направлении — как в велосипедных отражателях — катафотах.
Лазер для такого эксперимента должен испускать короткие импульсы узконаправленного излучения. Даже с учетом только дифракционной расходимости размер пятна на Луне будет 350 км. Чтобы вернулось обратно хотя бы несколько фотонов и можно было их зарегистрировать, импульс должен быть высокой мощности. Чем короче импульс по длительности, тем выше точность определения расстояния.
Эволюция точности экспериментов
Первые эксперименты по лазерной локации Луны проводились с лазером с модулированной добротностью, испускающим 10-наносекундные импульсы. Точность определения расстояния составляла 1.5 м.
Второе поколение экспериментов — с Nd:YAG-лазером. Импульсы длительностью 100–200 пикосекунд и энергией 100 мДж–1 Дж.
Третье поколение: энергия намеренно снижена до 100 мДж, длительность 10 пикосекунд, телескоп 3.5 м диаметром. Точность измерений достигла 1 мм. С 2005 года такие измерения ведутся, например, в обсерватории Апачи-Пойнт, Нью-Мексико.
Технические фишки
Атмосферная турбулентность искажает волновой фронт, увеличивая расходимость пучка, что приводит к дополнительному увеличению диаметра пятна на Луне. Частично искажения можно компенсировать системами адаптивной оптики.
Солнечную засветку лунной поверхности и атмосферы отрезают с помощью узкополосных интерференционных фильтров (полоса ~0.1 нм) и пространственной фильтрации (диафрагмирование в фокальной плоскости). Это позволяет выделить сигнал на фоне сильной засветки и вести измерения как в ночное, так и в дневное время.
Зачем измерять расстояние до Луны?
Помимо проверки теории гравитации и значений гравитационных постоянных, есть и более практико-ориентированные применения. Колебания Луны на орбите позволили доказать, что у естественного спутника жидкое ядро. Измерение расстояния позволяет оценить скорость удаления Луны от Земли: в настоящее время скорость увеличения длинной оси орбиты составляет порядка 3.8 см в год. Точное определение центра координат системы Земля-Луна важно для космической навигации.
Подписывайтесь на наш канал и читайте наши подборки о лазерах и технологиях.
Лазерные технологии в ЛАССАРД
Если вы хотите увидеть лазерные технологии в действии, то приезжайте к нам в шоурум. Мы покажем, как лазерные технологии работают на практике в станках для резки, сварки, маркировки, очистки и упрочнения.
Наши контакты:
📱 Сайт
📱 Интернет-магазин оптико-механических изделий и оптических столов
👥 ВК
📺 RUTUBE
🏭 Наше производство и шоурум: ОЭЗ «Технополис Москва», 109316, Россия, Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5, пом. 1Н
📞 Наш телефон: +7 495 120 68 86
✉️ Наша почта: sales@lassard.ru