裝置介紹
1969年7月21日,乘坐“阿波羅11號”登月的太空人尼爾·阿姆斯特郎和巴茲·奧爾德林在月球上的“寧靜海”登入後,將月球雷射反射鏡留在了月球上,它是20世紀60年代末70年代初人類送上月球的5面“隅角鏡”中的一面(另外兩面隅角鏡是在美國後來開展的載人月球飛行活動中帶上去的,還有一對鏡子是有法國科學家建造的,由原蘇聯發射的機器人操控的月球探測器帶上月球)。“隅角鏡”是一種重要的科學儀器,當雷射光束直射到上面時,會形成完全平行的反射光束,一直到達發射雷射的源頭。
如今,國家科學基金會已致信設在德克薩斯州戴維斯褒的麥克唐納雷射測距站的科學家,告訴他們在對其科學成果進行了仔細研究後,基金會決定,終止為該研究項目提供每年12.5萬美元的資助。
這一決定意味著麥克唐納天文台40年來一直開展的月球雷射研究項目將於2009年年底之前結束。項目小組已經取得未必可靠的成果之一是科學家發現,月球正在以每年2.5英尺的速度遠離地球。
月球上存在這面鏡子,以及天文學家可以通過鏡子反射雷射,並捕捉到反射回來的光束,為美國航天局(NASA)和其他科學家提供了令人信服的證據,駁斥了關於阿波羅登月行動是在地球上的攝影棚拍攝出來的說法。
技術
月球雷射測距是在1962-1963年雷射技術問世後不久著手實驗的。據一些天文學資料 記載:最初只能接收月球天然表面漫反射的雷射回波,由於回波波形無法縮窄,加以地面 儀器設備不夠完善,測距精度很低。
1969年7月,美國進行第一次載人登月飛行,太空人在月面上安放了第一個後向反射器裝置(月球雷射反射鏡/月球三反射鏡)。這一裝置能保證反射光訊號沿原 發射方向返回地面測站,是回波強度大大增加。這樣,利用面積很小的反射器組合就可以 使地球上收到雷射回波,而且波形不會因此變寬,因而可以達到很高的測距精度。在1980年左右測距精度已達到8厘米左右。
月球雷射測距系統中採用的雷射器大多是脈衝紅寶石雷射器,脈衝功率高達千兆瓦, 脈衝寬度為2-4毫微秒。雷射束經過望遠鏡準直後的發散角僅2-4角秒,一般幾秒鐘發射 一次。發射和接收可使用同一個望遠鏡,其口徑一般要大於1米。回波光訊號極其微弱,通常在接收器的陰極面上僅能產生一個光電子,所以相應地發展了一套單光電子接收的技術。
在20世紀80年後研製的新型月球雷射測距系統中,採用了脈寬小於1毫米微秒的釔鋁石榴石 雷射器。這樣,就有可能在幾年內使測距精度達到2-3厘米,相對精度為5*10^-11。
成果
月球雷射測距實驗是還在進行中的實驗,這項長期實驗已經有了一些成果:
•月球與地球的距離以每年3.8厘米的速率不斷的逐漸增加,這種速率已經被認為異常的高。
•月球很可能有個液態的核心,大約是月球半徑的20%。
•宇宙中的萬有引力是非常穩定的。從1969年迄今牛頓引力常數 G的變化上限值小於10^11之1。
•在高精度下已排除任何"諾特維特效應" (使地球和月球朝向太陽,與組成相關的微分加速度) 的可能性 ,強烈支援強等效原理的有效性。
•月球雷射測距實驗結果的月球軌道精確度在愛因斯坦引力理論 (廣義相對論) 預測的範圍內。
•月球上有反射器的存在被用來反駁阿波羅登月是造假的謬論。例如,APOLLO 合作研究 的光子脈衝返回圖表,顯示在此處,阿波羅登入地點,有符合錐稜鏡陣列的模組存在。