La mystérieuse dégradation des réseaux de réflecteurs Apollo

Les expériences de télémétrie laser lunaire ont produit un trésor d'informations intéressantes sur la Lune, par exemple qu'elle s'éloigne de nous en spirale à une vitesse de 38 mm par an.

Les expériences sont simples. Les astronomes tirent une impulsion laser sur un réflecteur placé sur la surface lunaire par la mission Apollo 15, puis utilisent un télescope pour rechercher le reflet, environ 2 secondes plus tard.

Les observations sont difficiles. Sur les 10^17 photons qui se dirigent vers la Lune à chaque impulsion, un seul revient en moyenne. Et seulement alors si les conditions de vision sont bonnes.

Lorsque les conditions sont bonnes, les astronomes visent souvent les réseaux laissés par les missions Apollo 11 et 14 qui ne sont qu'un tiers de la taille d'Apollo 15 et donc plus difficiles à voir. Si les observateurs se sentent chanceux, ils pourraient également essayer le réseau russe Lunakhod 2 (le réseau Lunakhod 1 n'a pas été vu depuis 1971).

Dans l'ensemble, les astronomes effectuent des observations depuis 1969, d'abord depuis l'observatoire MacDonald dans l'ouest du Texas et plus tard depuis l'observatoire Apache Point au Nouveau-Mexique. Cela leur donne une base de données substantielle pour analyser le comportement des réflecteurs.

Alors, comment ces réflecteurs se sont-ils comportés dans les conditions difficiles de la surface lunaire au fil des ans ? C'est la question posée aujourd'hui par Tom Murphy de l'Université de Californie à San Diego et quelques copains. Et leur analyse pose un problème intéressant.

Tout d'abord, ils disent que l'efficacité des trois réseaux de réflecteurs Apollo a diminué d'un ordre de grandeur au cours de leur séjour sur la Lune. Le réflecteur Lunakhod a fait encore pire. Lorsqu'il est arrivé sur la lune en 1973, son signal était 25 % plus fort que celui d'Apollo 15. Aujourd'hui, c'est dix fois pire.

Qu'est-il arrivé à cet engrenage?

Les réflecteurs sont constitués d'un réseau de prismes cubiques qui fonctionnent par réflexion interne totale. De plus, les prismes Lunakhod ont des surfaces argentées et sont plus exposés. La dégradation de cette argenture explique probablement sa relative baisse de performance.

Mais qu'est-ce qui a causé la dégradation des prismes d'Apollo ? Tout ce qui se dépose ou endommage les surfaces optiques des prismes réduira l'efficacité des réflexions internes totales. Murphy et ses collègues discutent de plusieurs possibilités telles que les dommages causés par les micrométéorites, l'agrégation de poussière lunaire et la rupture des anneaux de montage en téflon qui peuvent avoir laissé des dépôts sur la surface arrière des prismes.

N'importe lequel de ces mécanismes pourrait expliquer la chute, mais il est difficile d'en cerner un.

Cependant, il existe une autre énigme plus intrigante concernant les données de télémétrie laser. Lorsque la Lune est pleine, l'efficacité de tous les réflecteurs Apollo chute d'un autre facteur de dix. Murphy et ses collègues ont exclu les effets au sol tels que la saturation de leurs détecteurs de photons lorsque la lune est brillante.

Alors pourquoi cela arrive-t-il ? Un indice vient de l'étude des retours lors des éclipses totales de Lune. Dans les 15 minutes qui suivent une éclipse, l'efficacité des réflecteurs revient à ses niveaux normaux. Lorsque l'éclipse se termine et que la Lune est à nouveau pleine, l'efficacité chute à nouveau immédiatement.

Cela indique fortement un effet thermique. Lorsque le Soleil est bas dans le ciel lunaire, ses rayons ne peuvent pas entrer directement dans les prismes qui sont encastrés dans les réseaux. Mais lorsque le Soleil est au-dessus (c'est-à-dire lorsque la Lune apparaît pleine sur Terre), ses rayons voyagent directement dans les prismes. Cela chauffe probablement les prismes, les déforme et réduit l'efficacité de leurs réflexions.

Mais pourquoi maintenant ? L'effet de pleine lune n'était pas un problème dans les premiers jours de la télémétrie lunaire.

La poussière est peut-être le candidat le plus probable pour la dégradation observée, disent Murphy et co. La lumière du soleil est probablement absorbée par la poussière sur les surfaces optiques qui à son tour chauffe les prismes de silice.

La poussière est connue pour planer au-dessus de la surface lunaire en raison des forces électrostatiques et des impacts de micrométéorites envoient probablement régulièrement quelques bouffées dans l'atmosphère lunaire.

Travail intéressant. Et celui qui est d'un intérêt plus qu'éphémère pour de nombreux astronomes, car il a des implications pour quiconque envisage d'envoyer du matériel sur la Lune à l'avenir. Divers astronomes souhaitent envoyer des télescopes sur la Lune, en particulier sur la face cachée en raison des conditions de vision exceptionnelles qui y règnent et de son isolement par rapport à la Terre. Savoir comment l'équipement Apollo s'est comporté sera crucial lorsqu'il s'agira de concevoir ce matériel.

Réf : arxiv.org/abs/1003.0713 : Dégradation à long terme des dispositifs optiques sur la Lune

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