Comment résoudre un mystère lunaire ? Tirez dessus avec un laser

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Les chercheurs utilisent des prismes réfléchissants laissés à la surface de la Lune depuis des décennies, mais constatent de plus en plus de problèmes d'efficacité.

Par Katherine Kornei

La lune s'éloigne. Chaque année, il s’éloigne de nous d’environ un pouce et demi. Dans des centaines de millions d’années, notre compagnon dans le ciel sera suffisamment éloigné pour qu’il n’y ait plus d’éclipses solaires totales.

Pendant des décennies, les scientifiques ont mesuré le retrait de la Lune en tirant un laser sur des panneaux réfléchissant la lumière, appelés rétroréflecteurs, laissés sur la surface lunaire, puis en chronométrant l'aller-retour de la lumière. Mais les cinq rétroréflecteurs de la Lune sont anciens et sont désormais beaucoup moins efficaces pour renvoyer la lumière. Pour déterminer si une couche de poussière lunaire pourrait en être la cause, les chercheurs ont élaboré un plan audacieux : ils ont fait rebondir la lumière laser sur un rétroréflecteur beaucoup plus petit mais plus récent monté à bord d'un vaisseau spatial de la NASA qui survolait la surface de la lune à des milliers de kilomètres par heure. Et ça a marché.

Ces résultats ont été publiés ce mois-ci dans la revue Earth, Planets and Space.

De tout ce que les humains ont laissé sur la Lune, les cinq rétroréflecteurs, livrés par les astronautes d'Apollo et deux robots robots soviétiques, sont parmi les plus importants sur le plan scientifique. Ils s'apparentent à de très longs critères : en chronométrant précisément le temps nécessaire à la lumière laser pour se rendre sur la Lune, rebondir sur un rétroréflecteur et revenir sur Terre (environ 2,5 secondes, à peu près), les scientifiques peuvent calculer la distance entre la Lune et la Terre. et la Terre.

Des réseaux de prismes en forme de cube de verre rendent ce ricochet cosmique possible. Ces dispositifs optiques réfléchissent la lumière entrante exactement là d’où elle vient, garantissant que les rétroréflecteurs envoient des photons dans un virage serré et soigné.

Effectuer des mesures répétées au fil du temps permet aux chercheurs d'avoir une meilleure idée de l'orbite de la Lune, de son orientation précise dans l'espace et même de sa structure intérieure.

Mais les rétroréflecteurs de la taille d'une valise, livrés de 1969 à 1973, montrent désormais leur âge. Dans certains cas, leur efficacité est seulement dix fois inférieure à celle attendue, a déclaré Tom Murphy, physicien à l'Université de Californie à San Diego, qui n'a pas participé à la recherche. "Les rendements sont gravement déprimés."

L’un des coupables évidents est la poussière lunaire qui s’est accumulée sur les rétroréflecteurs. La poussière peut être soulevée par les météorites frappant la surface de la Lune. Il recouvrait les combinaisons lunaires des astronautes lors de leurs visites, et cela devrait constituer un problème important si des humains colonisent un jour la Lune.

Alors que cela fait près de 50 ans qu'un rétroréflecteur n'a pas été placé sur la surface de la Lune, un vaisseau spatial de la NASA lancé en 2009 transporte un rétroréflecteur de la taille d'un livre de poche. Ce vaisseau spatial, le Lunar Reconnaissance Orbiter, fait le tour de la lune une fois toutes les deux heures et a transmis des millions d’images haute résolution de la surface lunaire.

Le Lunar Reconnaissance Orbiter "fournit une cible parfaite", a déclaré Erwan Mazarico, planétologue au Goddard Space Flight Center de la NASA, qui, avec ses collègues, a testé l'hypothèse selon laquelle la poussière lunaire pourrait affecter les rétroréflecteurs de la Lune.

Mais c'est aussi une cible mouvante. L'orbiteur survole la surface de la lune à 3 600 mph "C'est déjà assez difficile de toucher une cible stationnaire", a déclaré le Dr Murphy, qui dirige l'opération de télémétrie laser lunaire de l'observatoire Apache Point, ou APOLLO, un projet qui utilise les rétroréflecteurs sur la lune. surface. "Nous allons vous donner un tableau plus petit et le faire avancer sur vous."

En 2017, le Dr Mazarico et ses collaborateurs ont commencé à tirer un laser infrarouge depuis une station près de Grasse, en France – à environ une demi-heure de route de Cannes – vers le rétroréflecteur de l'orbiteur. Le 4 septembre 2018, vers 3 heures du matin, ils enregistrent leur premier succès : une détection de 25 photons qui font l'aller-retour.

Les chercheurs ont remporté trois autres succès à l'automne 2019. Après avoir pris en compte la petite taille du rétroréflecteur de l'orbiteur, le Dr Mazarico et ses collègues ont découvert qu'il renvoyait souvent les photons plus efficacement que les rétroréflecteurs d'Apollo.