211service.com
Die mysteriöse Degradation der Apollo-Reflektor-Arrays
Laser-Entfernungsexperimente auf dem Mond haben eine Fundgrube an interessanten Informationen über den Mond hervorgebracht, zum Beispiel, dass er sich mit einer Geschwindigkeit von 38 mm pro Jahr von uns wegdreht.
Die Experimente sind einfach. Astronomen feuern einen Laserpuls auf einen Reflektor, der von der Apollo-15-Mission auf der Mondoberfläche platziert wurde, und suchen dann etwa 2 Sekunden später mit einem Teleskop nach der Reflexion.
Die Beobachtungen sind herausfordernd. Von den 10^17 Photonen, die in jedem Puls zum Mond aufbrechen, schafft es im Durchschnitt nur eines zurück. Und nur dann, wenn die Sichtverhältnisse gut sind.
Bei guten Bedingungen zielen Astronomen oft auf die von den Missionen Apollo 11 und 14 hinterlassenen Arrays, die nur ein Drittel der Größe von Apollo 15 haben und daher schwerer zu erkennen sind. Wenn die Beobachter Glück haben, können sie es auch mit dem russischen Lunakhod 2-Array versuchen (das Lunakhod 1-Array wurde seit 1971 nicht mehr gesehen).
Alles in allem haben Astronomen seit 1969 Beobachtungen gemacht, zuerst vom MacDonald Observatory in Westtexas und später vom Apache Point Observatory in New Mexico. Damit verfügen sie über eine umfangreiche Datenbasis, um das Verhalten der Reflektoren zu analysieren.
Wie haben sich diese Reflektoren im Laufe der Jahre unter den rauen Bedingungen auf der Mondoberfläche geschlagen? Dieser Frage stellen sich heute Tom Murphy von der University of California San Diego und ein paar Kumpels. Und ihre Analyse wirft ein interessantes Problem auf.
Zunächst sagen sie, dass die Effizienz aller drei Apollo-Reflektor-Arrays während ihres Aufenthalts auf dem Mond um eine Größenordnung gesunken ist. Noch schlimmer erging es dem Lunakhod-Reflektor. Als es 1973 auf dem Mond ankam, war sein Signal 25 Prozent stärker als das von Apollo 15. Heute ist es zehnmal schlimmer.
Was ist mit dieser Ausrüstung passiert?
Die Reflektoren bestehen aus einer Anordnung kubischer Prismen, die durch Totalreflexion arbeiten. Außerdem haben die Lunakhod-Prismen versilberte Oberflächen und sind stärker exponiert. Die Verschlechterung dieser Versilberung erklärt wahrscheinlich den relativen Leistungsabfall.
Aber was hat die Degradation der Apollo-Prismen verursacht? Alles, was sich auf den optischen Oberflächen der Prismen absetzt oder beschädigt, verringert die Effizienz der internen Totalreflexionen. Murphy und Co. diskutieren verschiedene Möglichkeiten wie Mikrometeoritenschäden, Mondstaubaggregation und den Ausfall der Teflon-Montageringe, die Ablagerungen auf der Rückseite der Prismen hinterlassen haben könnten.
Jeder dieser Mechanismen könnte für den Rückgang verantwortlich sein, aber es ist schwer, einen festzulegen.
Es gibt jedoch noch ein weiteres faszinierenderes Rätsel über die Laserentfernungsdaten. Bei Vollmond sinkt die Effizienz aller Apollo-Reflektoren um einen weiteren Faktor von zehn. Murphy und Co haben bodengebundene Effekte wie die Sättigung ihrer Photonendetektoren bei hellem Mond ausgeschlossen.
Warum passiert das? Ein Hinweis kommt aus der Untersuchung der Renditen während totaler Mondfinsternisse. Innerhalb von 15 Minuten nach Eintreten einer Sonnenfinsternis kehrt die Effizienz der Reflektoren auf ihr normales Niveau zurück. Wenn die Sonnenfinsternis endet und der Mond wieder voll ist, sinkt die Effizienz sofort wieder.
Das deutet stark auf einen thermischen Effekt hin. Wenn die Sonne tief am Mondhimmel steht, können ihre Strahlen nicht direkt in die Prismen einfallen, die in die Reihen eingelassen sind. Aber wenn die Sonne über dem Himmel steht (wenn der Mond auf der Erde voll erscheint), wandern ihre Strahlen direkt in die Prismen. Dies führt wahrscheinlich zu einer Erwärmung der Prismen, verzerrt sie und verringert die Effizienz ihrer Reflexionen.
Aber warum jetzt? Der Vollmondeffekt war in den frühen Tagen der Mondentfernung kein Problem.
Staub ist vielleicht der wahrscheinlichste Kandidat für den beobachteten Abbau, sagen Murphy und Co. Das Sonnenlicht wird wahrscheinlich von Staub auf den optischen Oberflächen absorbiert, was wiederum die Quarzprismen erwärmt.
Es ist bekannt, dass Staub aufgrund elektrostatischer Kräfte über der Mondoberfläche schwebt und Mikrometeoriteneinschläge wahrscheinlich regelmäßig ein paar Luftstöße in die Mondatmosphäre senden.
Interessante Arbeit. Und eine, die für viele Astronomen von mehr als nur vorübergehendem Interesse ist, weil sie Auswirkungen auf jeden hat, der daran denkt, in Zukunft Ausrüstung zum Mond zu schicken. Verschiedene Astronomen wollen wegen der enormen Seebedingungen und der Isolation von der Erde Teleskope auf den Mond schicken, insbesondere auf die Rückseite. Zu wissen, wie sich die Apollo-Ausrüstung geschlagen hat, wird entscheidend sein, wenn es darum geht, dieses Zeug zu entwerfen.
Ref: arxiv.org/abs/1003.0713 : Langfristige Degradation optischer Geräte auf dem Mond