Il misterioso degrado degli array di riflettori Apollo

Gli esperimenti di raggio laser lunare hanno prodotto un tesoro di informazioni interessanti sulla Luna, ad esempio che si allontana da noi a spirale a una velocità di 38 mm all'anno.

Gli esperimenti sono semplici. Gli astronomi sparano un impulso laser su un riflettore posizionato sulla superficie lunare dalla missione Apollo 15 e poi usano un telescopio per cercare il riflesso, circa 2 secondi dopo.

Le osservazioni sono impegnative. Dei 10^17 fotoni che si dirigono verso la Luna in ogni impulso, solo uno in media torna indietro. E solo se le condizioni di visualizzazione sono buone.

Quando le condizioni sono buone, gli astronomi spesso prendono di mira gli array lasciati dalle missioni Apollo 11 e 14 che sono solo un terzo delle dimensioni dell'Apollo 15 e quindi più difficili da vedere. Se gli osservatori si sentono fortunati, potrebbero provare anche per l'array russo Lunakhod 2 (l'array Lunakhod 1 non è stato visto dal 1971).

Nel complesso, gli astronomi effettuano osservazioni dal 1969, prima dall'Osservatorio MacDonald nel Texas occidentale e successivamente dall'Osservatorio di Apache Point nel New Mexico. Questo fornisce loro un consistente database con cui analizzare il comportamento dei riflettori.

Quindi, come si sono comportati questi riflettori nelle dure condizioni sulla superficie lunare nel corso degli anni? Questa è la domanda rivolta oggi da Tom Murphy dell'Università della California a San Diego e da alcuni amici. E la loro analisi pone un problema interessante.

Prima di tutto dicono che l'efficienza di tutte e tre le schiere di riflettori Apollo è diminuita di un ordine di grandezza durante il loro soggiorno sulla Luna. Il riflettore Lunakhod è andato anche peggio. Quando arrivò sulla luna nel 1973, il suo segnale era del 25% più forte di quello dell'Apollo 15. Oggi è dieci volte peggio.

Cos'è successo a questo ingranaggio?

I riflettori sono costituiti da una serie di prismi cubici che operano per riflessione interna totale. Inoltre, i prismi Lunakhod hanno superfici argentate e sono più esposti. Il degrado di questa argentatura probabilmente spiega il suo relativo calo delle prestazioni.

Ma cosa ha causato il degrado dei prismi Apollo? Tutto ciò che si deposita o danneggia le superfici ottiche dei prismi ridurrà l'efficienza delle riflessioni interne totali. Murphy e colleghi discutono diverse possibilità come il danno alla micrometeorite, l'aggregazione della polvere lunare e la rottura degli anelli di montaggio in teflon che potrebbero aver lasciato depositi sulla superficie posteriore dei prismi.

Ognuno di questi meccanismi potrebbe spiegare il calo, ma è difficile individuarne uno.

Tuttavia, c'è un altro enigma più intrigante sui dati della distanza laser. Quando la Luna è piena, l'efficienza di tutti i riflettori Apollo diminuisce di un altro fattore dieci. Murphy e co hanno escluso effetti basati sul terreno come la saturazione dei loro rilevatori di fotoni quando la luna è luminosa.

Allora perché succede questo? Un indizio viene dallo studio dei ritorni durante le eclissi lunari totali. Entro 15 minuti dal verificarsi di un'eclissi, l'efficienza dei riflettori torna ai suoi livelli normali. Quando l'eclissi termina e la Luna è di nuovo piena, l'efficienza diminuisce immediatamente.

Ciò indica fortemente un effetto termico. Quando il Sole è basso nel cielo lunare, i suoi raggi non possono entrare direttamente nei prismi che sono incassati nelle schiere. Ma quando il Sole è in alto (cioè quando la Luna appare piena sulla Terra), i suoi raggi viaggiano direttamente nei prismi. Questo probabilmente sta riscaldando i prismi, distorcendoli e riducendo l'efficienza dei loro riflessi.

Ma perché adesso? L'effetto della luna piena non era un problema nei primi giorni del raggio lunare.

La polvere è forse il candidato più probabile per il degrado osservato, affermano Murphy e co. La luce del sole è probabilmente assorbita dalla polvere sulle superfici ottiche che a sua volta riscalda i prismi di silice.

È noto che la polvere si libra sopra la superficie lunare a causa delle forze elettrostatiche e degli impatti di micrometeoriti che probabilmente inviano regolarmente alcuni sbuffi nell'atmosfera lunare.

Lavoro interessante. E uno che è di più che passeggero interesse per molti astronomi perché ha implicazioni per chiunque pensi di inviare strumenti sulla Luna in futuro. Vari astronomi vogliono inviare telescopi sulla Luna, in particolare sul lato opposto a causa delle tremende condizioni di osservazione e del suo isolamento dalla Terra. Sapere come è andata l'attrezzatura Apollo sarà cruciale quando si tratta di progettare questa roba.

Rif: arxiv.org/abs/1003.0713 : Degradazione a lungo termine dei dispositivi ottici sulla luna

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