Zvětšit obrázek

Rozmístění laserových zpětných reflektorů na přivrácené straně Měsíce. A – Apollo, L – Lunochod

Již přes 40 let probíhá dlouhodobý, zajímavý a pro poznání důležitý experiment - LLR, což je zkratka pro Lunar Laser Ranging, neboli laserové měření vzdálenosti Měsíce. Jako první, v roce 1962, zaměřili na našeho vesmírného souputníka fyzikové ze známého MITu (Massachusetts Institute of Technology). Vyslali krátký, milisekundový, ale intenzivní paprsek a změřili přesnou dobu příchodu jeho, od lunárního povrchu odraženého světla. Vzápětí podobné měření uskutečnili i Sověti na Krymské astrofyzikální observatoři. Tyto úspěšné experimenty přispěly k tomu, že se k Měsíci začaly dopravovat zpětné laserové reflektory. První nainstalovala v místě přistání posádka Apolla 11 v roce 1969. O dva roky později pak přibyly další reflektory díky Apollu 14 a Apollu 15. Známé sovětské rovery Lunochod 1 (1970-71) a Lunochod 2 (1973) si laserové reflektory vezly přimontované na „kapotě“.

Všechny tyto „odrážeče“ laserových paprsků dosud sloužily až na jeden – na Lunochodu 1. 14. září 1971 se podařilo zachytit poslední odražený signál od tohoto, francouzskými vědci zkonstruovaného reflektoru. Od těch dob se považoval za ztracený, i když místo, kde by se měl nacházet, bylo přibližně známo. Občasné snahy ho laserem zaměřit ale nekorunoval úspěch. Alespoň do 22. dubna letošního roku, kdy se to týmu fyziků pod vedením Toma Murphyho z Kalifornské university v San Diegu konečně podařilo. Nebyla to náhoda. Po signálu odraženém od Lunochodu 1 sporadicky pátrali asi dva roky. Ale až podrobné snímky ze sondy LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter; NASA) s přesností na 100 metrů odhalily, kde se Lunochod 1 nachází. Byl několik kilometrů vzdálen od prostoru, kde ho vědci předtím hledali. Pak stačilo počkat na vhodný okamžik a laserem na Apache Point Observatory v Novém Mexiku zamířit na cíl. Hned z prvního odraženého signálu vědci určili vzdálenost mezi laserem a reflektorem s přesností na jeden centimetr. Po půl hodině vyslali k Lunochodu 1 další paprsek. Jeho odraz, spolu s prvním měřením, umožnil vypočítat polohu reflektoru, jeho „lunopisní“ šířku a délku. Souřadnice budou fyzikové dále zpřesňovat, aby mohli i tento bod zapojit do celé sítě lunárních reflektorů a využít odražené světlo při výzkumu Měsíce.

Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek
Laser na Apache Point Observatory je součástí 3,5 metrového dalekohledu.	Lunární laserový systém na McDonaldově observatoři v pohoří Davis v Západním Texasu. Observatoř je jedním z vědeckých center Texaské university.

Zvětšit obrázek

Луноход-1 (Lunochod 1). Laserový zpětný reflektor je to, co vyčnívá nejvíce dopředu.

Skupina Toma Murphyho již dlouhodobě pravidelně vysílá laserové paprsky k třem reflektorům, které na Měsíci zanechaly posádky raket Apollo. Někdy vědci přidají i měření odraženého signálu od Lunochodu 2. Jeho reflektor ale trpí závažným nedostatkem – jakmile je osvětlen Sluncem, odrazivost se výrazně sníží. Proto bylo pro ně překvapením, když od jeho staršího bratra, Lunochodu 1, se vrátil mnohem intenzivnější odražený paprsek. Tom Murphy upřesňuje: „Nejlepší signál, který jsme v průběhu několikaletého úsilí získali z Lunochodu 2 bylo 750 odražených fotonů. Od Lunochodu 1 se již na první pokus vrátilo 2000 fotonů.“ A to je po téměř 40 letech odmlky poměrně jasné „tady jsem!“

Zvětšit obrázek

Koutové hranoly (odražeče) odrážejí světlo zpět do místa, z kterého bylo vysláno. Jsou součástí i lunárních reflektorů. Kredit:JPL NASA

Proč vědci míří laserem na Měsíc? Astrofyzici Kalifornské university již dlouhodobě testují, jestli na milimetr přesným měřením tvaru lunární orbitální dráhy neodhalí nějaké odchylky od teoretických výpočtů vycházejících z rovnic všeobecné teorie relativity. Tři reflektory Apolla jim umožňují přesnou lokalizaci Měsíce, spolu s údaji ze čtvrtého reflektoru dokážou již vypočíst slapové deformace jeho povrchu, tedy vlnění povrchu způsobené gravitací Země. S pomocí pátého reflektoru budou výsledky ještě přesnější i díky tomu, že je od těch zbylých dostatečně vzdálen. Navíc, jak dodává Murphy: „Vzhledem ke své pozici poskytuje Lunochod 1 jedinečnou možnost zkoumat tekuté jádro Měsíce a s velkou přesností určit polohu jeho středu. Je to velmi důležité pro přesné zmapování oběžné dráhy a testování Einsteinovy teorie gravitace.“

Bylo to právě laserové měření vzdálenosti Země – Měsíc, které upřesnilo rychlost, jakou nás naše oběžnice pomalu opouští. Vzájemné gravitační působení obou těles se neprojevuje jenom v přílivech a odlivech, nebo v nepatrných slapových deformacích jejich pevných povrchů, ale i v přesouvání energie ze Země na Měsíc. Slapové síly nenápadně, ale vytrvale zbrzďují zemskou rotaci. Úbytek momentu hybnosti v této části binárního systému se přidává k druhé části – k Měsíci. Jeho pohyb se zrychluje, což ho posouvá na vzdálenější orbitální dráhu. Jednoduše řečeno: Měsíc se od nás vzdaluje rychlostí 3,8 cm za rok.

Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek	Zvětšit obrázek
Laserový zpětný reflektor, který na Měsíci umístila posádka Apolla 14.	Podobný reflektor Apolla 15. V každém kruhu je umístěný reflexní hranol.	Model reflektoru na Lunochodu 2

Zdroje: Scientific American, Wikipedia