Чем вызвано «проклятье полной Луны»?

Несмотря на то что с помощью лазера можно измерить расстояние до Луны с  ошибкой, не превышающей ширину канцелярской скрепки, недавние попытки  поймать фотоны, отражённые от зеркал советских луноходов, последовательно проваливались — если предпринимались в полнолуние.

Том Мёрфи (Tom Murphy) из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) следил с помощью лазеров за изменениями лунной орбиты, чтобы в очередной раз проверить общую теорию относительности...

...Однако вне связи с первоначальной задачей он стал замечать одну странность. Лазерные импульсы, отправляемые из Обсерватории Апачи-Пойнт, давали однократно по 100 квадриллионов фотонов, но в обратном направлении в среднем удавалось поймать лишь один фотон — а иногда и вовсе ни одного. Нет, если бы терялся хотя бы триллион отправленных фотонов на один вернувшийся и пойманный телескопом — это ещё можно было понять. Земная атмосфера, сам отражатель на Луне — всё это может влиять на траекторию фотонов так, что большинство из них вернётся не в ту точку Земли, откуда вышли. Но один на сто квадриллионов — уж очень странный результат.


Учтя все проблемы, которые может вызвать атмосфера, и свойства отражателей, команда г-на Мёрфи получила, что возвращаться в среднем должно где-то вдесятеро больше фотонов, чем удаётся регистрировать, а во времена полнолуния — в сто раз больше. И это при том, что влияние атмосферы было задрано близко к верхней границе возможного!


Исследователи стали в шутку называть это «проклятьем полной Луны» — именно в полнолуния результаты из месяца в месяц были самыми плохими. Однако когда они попробовали найти причины такого «невезения», оказалось, что сделать это довольно сложно. На Луне, на первый взгляд, нет мощной газовой оболочки, как и значимых погодных явлений. Что же рассеивало фотоны? Том Мёрфи думает, что причиной «проклятья полной Луны» служит лунная пыль, поднимаемая постоянной бомбардировкой Селены микрометеоритами. Затем она оседает вниз, на поверхности призм, закреплённых на отражателях советских и американских лунных экспедиций, где и удерживается электростатическими силами.

Свет, чтобы вернуться на Землю, должен дважды пройти через поверхность каждой призмы, и запыление хотя бы половины призматических плоскостей уже будет достаточным, чтобы объяснить потерю «по дороге» ста квадриллионов фотонов за импульс. И это плохие новости, уверен учёный: лунные телескопы будущего придётся так или иначе очищать от пыли, иначе толку от них будет мало.

И это не всё. Что вдесятеро ухудшает ситуацию в полнолуния? В эти моменты Солнце светит на призмы, слегка утопленные в поверхности отражателей, точно под прямым углом. Следовательно, лунный реголит на призмах нагревается, создавая тепловой градиент между поверхностной и подповерхностной частями прибора. Коэффициент преломления неизбежно меняется, и призма «непреднамеренно» становится линзой, отклоняющей фотоны на их обратном пути к планете.

Можно ли проверить эти гипотезы? Идеально было бы выключить Солнце вообще и посмотреть, какой будет эффективность регистрации отражённых лазерных импульсов в таких (более благоприятных для наблюдения) условиях. За отсутствием такой возможности исследователи дождались момента, когда Земля прошла между Солнцем и Луной (лунное затмение). И действительно, в областях затмения «ловиться» стало вдесятеро больше фотонов — без нагрева отражатели «Аполлонов» и советских луноходов справлялись с работой куда лучше.

Что же, получается, что телескопы на поверхности Луны нет смысла ставить, или, точнее говоря, нет смысла оставлять без регулярного обслуживания? Похоже на то, хотя других практических неудобств имеющаяся интенсивность осаждения лунной пыли доставить не должна: скажем, чтобы стереть следы астронавтов и советских роботизированных миссий, пыли, при текущих скоростях накопления, понадобятся десятки тысяч лет.






Отчёт об исследовании опубликован в журнале Icarus, а его препринт доступен здесь.


Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Сан-Диего.