Obserwatorium Apache Point Obserwatorium Księżycowe Operacja laserowa

APOLLO strzela laserem w Księżyc. Impuls laserowy odbija się od retroreflektorów na Księżycu (patrz poniżej) i wraca do teleskopu. Czas podróży w obie strony określa odległość do Księżyca z dużą dokładnością. Na tym zdjęciu Księżyc jest bardzo prześwietlony, co jest potrzebne, aby wiązka lasera była widoczna.
Apollo 15 Lunar Ranger Retroreflektor (LRRR). Małe kółka to sześciany narożne , które odbijają światło bezpośrednio z powrotem w kierunku, z którego pochodzi.

Apache Point Observatory Lunar Laser-rangeing Operation , czyli APOLLO , to projekt w Obserwatorium Apache Point w Nowym Meksyku . Jest to rozszerzenie i udoskonalenie poprzednich eksperymentów Lunar Laser Ranging , które wykorzystują retroreflektory na Księżycu do śledzenia zmian odległości orbitalnej i ruchu Księżyca.

Korzystając z teleskopów na Ziemi, reflektorów na Księżycu i dokładnego pomiaru czasu impulsów laserowych , naukowcy byli w stanie zmierzyć i przewidzieć orbitę Księżyca z dokładnością do kilku centymetrów na początku XXI wieku. Ta precyzja stanowi najlepiej znany sprawdzian wielu aspektów naszych teorii grawitacji . APOLLO jeszcze bardziej poprawia tę precyzję, mierząc odległość między Księżycem a Ziemią z dokładnością do kilku milimetrów. Korzystając z tych informacji, naukowcy będą mogli dalej testować różne aspekty grawitacji, takie jak: określenie, czy Ziemia i Księżyc reagują tak samo na grawitację pomimo ich różnych składów, zbadanie przewidywań Einsteina w odniesieniu do zawartości energii w Ziemi i Księżyca oraz ich reakcji na grawitację, a także ocena, czy ogólna teoria względności prawidłowo przewiduje ruch Księżyca.

Współpraca APOLLO zbudowała swój aparat na 3,5-metrowym teleskopie w Apache Point w południowym Nowym Meksyku. Używając dużego teleskopu w miejscu o dobrej widoczności atmosferycznej , współpraca APOLLO uzyskuje znacznie silniejsze odbicia niż jakiekolwiek istniejące urządzenia. APOLLO rejestruje około jednego zwróconego fotonu laserowego na impuls, w przeciwieństwie do średniej około 0,01 fotonu na impuls, której doświadczały poprzednie obiekty LLR. Silniejszy sygnał zwrotny z APOLLO przekłada się na znacznie dokładniejsze pomiary.

Historia i motywacja

Wysokoprecyzyjne pomiary laserowe na Księżycu (LLR) rozpoczęły się wkrótce po tym, jak astronauci Apollo 11 opuścili pierwszy retroreflektor na Księżycu. Dodatkowe reflektory pozostawili Apollo 14 i Apollo 15 , a dwa francuskie układy reflektorów zostały umieszczone na Księżycu przez radzieckie misje łazików księżycowych Luna 17 ( Lunokhod 1 ) i Luna 21 ( Lunokhod 2 ). Od tego czasu wiele grup i eksperymentów wykorzystywało tę technikę do badania zachowania układu Ziemia-Księżyc, badając efekty grawitacyjne i inne.

Przez kilka pierwszych lat eksperymentu Lunar Laser Rangeing odległość między obserwatorium a reflektorami mogła być mierzona z dokładnością do około 25 cm . Ulepszone techniki i sprzęt prowadziły do ​​dokładności 12–16 cm do około 1984 r. Następnie Obserwatorium McDonalda zbudowało system specjalnego przeznaczenia (MLRS) tylko do pomiaru odległości i osiągnęło dokładność około 3 cm w połowie do późnych lat 80. Na początku lat 90. francuski system LLR w Observatoire de la Côte d'Azur (OCA) zaczął działać z podobną precyzją.

Stacje McDonald i OCA zbierają dane, które są tak dobre, jak to możliwe, biorąc pod uwagę liczbę fotonów, które zbierają z reflektorów. Chociaż możliwe są drobne ulepszenia, uzyskanie znacznie lepszych danych wymaga większego teleskopu i lepszego miejsca. To jest podstawowy cel współpracy APOLLO.

Laser APOLLO działa od października 2005 roku i rutynowo osiąga dokładność na poziomie milimetra między Ziemią a Księżycem.

Cele nauki

Celem APOLLO jest doprowadzenie LLR do milimetrowej precyzji, co następnie przekłada się bezpośrednio na poprawę o rząd wielkości w określaniu podstawowych parametrów fizycznych. Konkretnie, zakładając dziesięciokrotną poprawę w stosunku do poprzednich pomiarów, APOLLO przetestuje:

Testy zasad równoważności

Zasada słabej równoważności mówi, że wszystkie przedmioty spadają w polu grawitacyjnym w ten sam sposób, bez względu na to, z czego są zrobione. Ziemia i Księżyc mają bardzo różne składy — na przykład Ziemia ma duże żelazne jądro , ale Księżyc nie. Co więcej, oba znajdują się na orbicie wokół Słońca , co oznacza, że ​​przez cały czas spadają w kierunku Słońca, nawet gdy krążą wokół siebie. Gdyby grawitacja Słońca wpływała inaczej na Ziemię i Księżyc, miałoby to bezpośredni wpływ na orbitę Księżyca wokół Ziemi. Tak dokładnie, jak naukowcy mogą to zmierzyć, orbita Księżyca jest dokładnie taka sama, jak przewidziano przy założeniu, że grawitacja działa tak samo na każdym z nich — z dokładnością do 1 części na 10 13, Ziemia i Księżyc opadają w kierunku Słońca dokładnie w ten sam sposób, pomimo ich różne kompozycje. APOLLO doprowadzi do jeszcze ostrzejszych limitów.

Zasada silnej równoważności, zgodnie z ogólną teorią względności Alberta Einsteina , przewiduje, że masa dowolnego obiektu składa się z dwóch części – masy samych atomów oraz masy energii, która utrzymuje obiekt w całości . Pytanie brzmi, czy część energetyczna masy przyczynia się do zmierzonej grawitacji obiektu, czy też do bezwładności. W ogólnej teorii względności energia własna wpływa zarówno na pole grawitacyjne, jak i na bezwładność, i robi to w równym stopniu.

Inne współczesne teorie, takie jak teoria strun , kwintesencja i różne formy grawitacji kwantowej , prawie wszystkie przewidują naruszenie zasady silnej równoważności na pewnym poziomie. Ponadto wiele zagadkowych wyników eksperymentów, takich jak krzywe rotacji galaktyk , które sugerują istnienie ciemnej materii lub obserwacje supernowych , które sugerują istnienie ciemnej energii , można również potencjalnie wyjaśnić alternatywnymi teoriami grawitacji (patrz na przykład MOND ). Dlatego eksperymentatorzy uważają, że ważne jest, aby dokonać jak najbardziej precyzyjnych pomiarów grawitacji, szukając wszelkich możliwych anomalii lub potwierdzających przewidywania Einsteina.

Precyzyjny pomiar odległości do Księżyca może przetestować SEP, ponieważ Ziemia i Księżyc mają inny ułamek swojej masy w komponencie energetycznym. Potrzebne są precyzyjne pomiary, ponieważ ten składnik jest bardzo mały – jeśli m E jest energią własną Ziemi – energią potrzebną do rozłożenia atomów Ziemi w nieskończoność wbrew przyciąganiu grawitacyjnemu – to masa Ziemi zmniejsza się o około m E / c 2 = 4,6 × 10-10 . całkowitej masy Ziemi Energia własna Księżyca jest jeszcze mniejsza, około 2 × 10-11 jego masy. (Wkład dla dowolnego obiektu wielkości laboratoryjnej jest znikomy, około 10-27 , więc tylko pomiary obiektów wielkości planety lub większych pozwoliłyby zmierzyć ten efekt.)

Gdyby Księżyc krążył tylko wokół Ziemi, nie byłoby sposobu, aby stwierdzić, jaka część grawitacji Księżyca lub Ziemi była spowodowana przez każdą formę masy, ponieważ można zmierzyć tylko całość. Jednak orbita Księżyca jest również silnie uzależniona od grawitacji Słońca - w istocie Ziemia i Księżyc spadają swobodnie wokół Słońca. Jeśli energetyczna część masy zachowuje się inaczej niż konwencjonalna część, to Ziemia i Księżyc będą inaczej opadać w kierunku Słońca, co wpłynie na orbitę Księżyca wokół Ziemi. Załóżmy na przykład, że część energetyczna masy wpływa na grawitację, ale nie na bezwładność. Następnie:

Z naszej ziemskiej perspektywy wyglądałoby to na przesunięcie lub polaryzację orbity Księżyca z dala od Słońca o amplitudzie 13 metrów. Gdyby naruszenie poszło w drugą stronę, z energią własną posiadającą masę bezwładności, ale nie masę grawitacyjną, orbita Księżyca wydawałaby się być spolaryzowana w kierunku Słońca o tę samą amplitudę. Obliczenie amplitudy jest skomplikowane, ale przybliżone oszacowanie można uzyskać, mnożąc promień orbity Ziemi wynoszący , uzyskując 75 1,5 × 10 11 m przez udział 4,6 × 10-10 w masie Ziemi z energii własnej metrów.

Sygnatura naruszenia EP jest bardzo prosta i zależy tylko od odległości Księżyca od Słońca. Powtarza się to mniej więcej co 29,5 dnia, nieco dłużej niż czas potrzebny Księżycowi na jedno okrążenie Ziemi, czyli 27,3 dnia. (Ta różnica powstaje, ponieważ Ziemia porusza się po swojej orbicie, gdy Księżyc się okrąża, więc Księżyc musi wykonać nieco więcej niż jedną orbitę, aby wrócić do tej samej pozycji względem Słońca). To sprawia, że ​​pomiar EP jest szczególnie łatwy, ponieważ wiele zakłócających efektów, takich jak pływy lub pogoda, nie powtórzy się w odstępach 29,5-dniowych. Niestety, istnieje jeden efekt – ciśnienie promieniowania działające na orbitę Księżyca – który powtarza się co 29,5 dnia. Na szczęście jest mały, ma niecałe 4 mm i dość łatwy do wymodelowania, co pozwala go odjąć.

Wreszcie, nawet jeśli eksperymenty nie wykazują żadnego efektu, istnieje niewielka luka teoretyczna. Pomiary pokazują sumę naruszeń WEP i SEP. Jeśli eksperymenty nie wykazują żadnego efektu, najbardziej naturalnym wyjaśnieniem jest to, że nie zostały naruszone ani WEP, ani SEP. Ale jest koncepcyjnie możliwe, że oba są naruszone, i to w równych i przeciwnych ilościach. Byłby to niewiarygodny zbieg okoliczności, ponieważ WEP i SEP zależą od bardzo różnych i arbitralnych właściwości – dokładnego składu Ziemi i Księżyca oraz ich energii własnych. Ale tego mało prawdopodobnego przypadku nie można całkowicie wykluczyć, dopóki inne ciała Układu Słonecznego nie zostaną zmierzone z podobną precyzją lub eksperymenty laboratoryjne nie zmniejszą granic dotyczących samych naruszeń WEP.

Zmiany stałej grawitacyjnej

Istniejące eksperymenty na odległość mogą mierzyć stałość stałej grawitacji , G , z dokładnością do około jednej części na 10 12 rocznie. Tempo rozszerzania się wszechświata wynosi w przybliżeniu jedną część na 10 10 rocznie. Więc jeśli G skalowałoby się wraz z rozmiarem lub ekspansją wszechświata, istniejące eksperymenty już widziałyby tę zmianę. Wynik ten można również postrzegać jako eksperymentalną weryfikację teoretycznego wyniku, że układy związane grawitacyjnie nie biorą udziału w ogólnej ekspansji Wszechświata. APOLLO nałoży znacznie ostrzejsze ograniczenia na wszelkie takie warianty.

Inne testy

Na tym poziomie dokładności do przewidywania orbity Księżyca potrzebna jest ogólna teoria względności. Obecne testy mierzą precesję geodezyjną z dokładnością do 0,35%, grawitomagnetyzm z dokładnością do 0,1% i sprawdzają, czy grawitacja zachowuje się zgodnie z oczekiwaniami . APOLLO poprawi wszystkie te pomiary.

Zasady działania

Wykres zwróconych fotonów. Oś X to czas trwania eksperymentu, podczas którego teleskop emituje 20 impulsów na sekundę w kierunku Księżyca. Eksperyment czeka, aż tuż przed spodziewanym powrotem każdego impulsu, a następnie otwiera „bramę”, podczas której można wykryć powracające światło. Każdy powrót jest wykreślany na osi Y jako jedna kropka, na podstawie tego, jak daleko dotarł do bramki. Cała oś Y odpowiada około 18 metrom zasięgu. Czarne linie pokazują, że duża część wszystkich wykrytych fotonów jest zwracana z obiektu znajdującego się w bardzo określonej odległości.

APOLLO opiera się na pomiarze czasu przelotu krótkoimpulsowego lasera odbitego od odległego celu — w tym przypadku układu retroreflektorów na Księżycu. Każdy rozbłysk światła trwa 100 pikosekund (ps). Jeden milimetr zasięgu odpowiada zaledwie 6,7 ps czasu podróży w obie strony. Jednak retroreflektory na Księżycu same wprowadzają więcej niż jeden milimetr błędu. Zwykle nie znajdują się dokładnie pod kątem prostym do padającej wiązki, więc różne narożne kostki retroreflektorów znajdują się w różnych odległościach od nadajnika. Dzieje się tak dlatego, że Księżyc, chociaż jest zwrócony jedną stroną do Ziemi, nie robi tego dokładnie — kołysze się z boku na bok oraz w górę iw dół, aż o 10° wielkości. (Patrz libracja .) Te libracje występują, ponieważ Księżyc obraca się ze stałą prędkością, ale ma eliptyczną i nachyloną orbitę. Efekt ten może wydawać się niewielki, ale jest nie tylko mierzalny, ale stanowi największą niewiadomą w znajdowaniu zasięgu, ponieważ nie ma sposobu, aby stwierdzić, który sześcian narożny odbija każdy foton. Największy układ, o powierzchni 0,6 m2 , może mieć zasięg od rogu do rogu ≈ 1,2 sin (10°) m, czyli 210 mm, czyli około 1,4 ns czasu podróży w obie strony. Rozrzut zakresu wartości skutecznej (RMS) wynosi wtedy około 400 ps. Aby określić odległość do reflektora z dokładnością do 1 mm lub 7 ps, poprzez uśrednienie, pomiar wymaga co najmniej (400/7) 2 ≈ 3000 fotonów. To wyjaśnia, dlaczego potrzebny jest znacznie większy system, aby poprawić istniejące pomiary – precyzja zakresu RMS sprzed APOLLO 2 cm wymagała tylko około 10 fotonów, nawet przy najgorszej orientacji układu retroreflektorów.

APOLLO atakuje ten problem, używając zarówno większego teleskopu, jak i lepszego widzenia astronomicznego. Oba są znacznie ulepszone w stosunku do istniejących systemów. W porównaniu ze stacją dystansową McDonald Observatory, teleskop Apache Point ma 20 razy większy obszar zbierania światła. Lepsze widzenie przynosi również duże korzyści – połączenie miejsca APO i teleskopu może często zapewnić widzenie na jedną sekundę łukową, w porównaniu do ≈5 sekund łukowych typowych dla poprzedniej stacji McDonald Lunar Ranging Station (MLRS). Lepsze widzenie pomaga na dwa sposoby — zarówno zwiększa intensywność wiązki laserowej na Księżycu, jak i zmniejsza tło księżycowe, ponieważ można zastosować mniejsze pole widzenia odbiornika, zbierając światło z mniejszego miejsca na Księżycu. Oba efekty skalują się jako odwrotność kwadratu widzenia, tak że stosunek sygnału do szumu powrotu Księżyca jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi widzenia. APOLLO powinien zatem zyskać około 20 (z większego teleskopu) × 25 (dla lepszego widzenia) = 500 × w sile sygnału zwrotnego w stosunku do MLRS oraz dodatkowy współczynnik 25 w stosunku sygnału do szumu (z mniejszej liczby rozproszonych fotonów zakłócających pożądane ). Podobnie APOLLO powinien otrzymać sygnał około 50 razy silniejszy niż obiekt OCA LLR, który ma 1,5-metrowy teleskop i widzi około 3 sekundy kątowe.

Zwiększony zysk optyczny niesie ze sobą pewne problemy ze względu na możliwość uzyskania więcej niż jednego zwróconego fotonu na impuls. Najbardziej nowatorskim elementem systemu APOLLO jest zintegrowana matryca jednofotonowych diod lawinowych (SPAD) zastosowana w detektorze. Ta technologia jest potrzebna do radzenia sobie z wieloma powrotami fotonów w każdym impulsie. Większość detektorów pojedynczych fotonów cierpi z powodu „ czasu martwego ”: nie mogą wykryć fotonu, jeśli pojawia się on wkrótce po drugim. Oznacza to, że jeśli więcej niż jeden foton powraca w jednym impulsie, konwencjonalny detektor pojedynczego fotonu zarejestrowałby tylko czas nadejścia pierwszego fotonu. Jednak ważną wielkością jest środek ciężkości czasu wszystkich zwróconych fotonów (zakładając, że impuls i reflektory są symetryczne), więc każdy system, który może zwrócić wiele fotonów na impuls, musi rejestrować czasy nadejścia każdego fotonu. W APOLLO przychodzące fotony są rozłożone na szereg niezależnych detektorów, co zmniejsza prawdopodobieństwo trafienia dwóch lub więcej fotonów w którykolwiek z detektorów.

Lokalizacje stacji modelarskich

Każda laserowa stacja odległościowa, w tym APOLLO, mierzy czas przejścia, a tym samym odległość, od teleskopu do reflektora (reflektorów). Ale dla nauki o pomiarach Księżyca tak naprawdę potrzebna jest odległość między środkiem masy Ziemi a środkiem masy Księżyca. Aby to zrobić, pozycje teleskopu i reflektorów muszą być znane z porównywalną dokładnością (kilka mm). Ponieważ zarówno teleskop, jak i reflektory są strukturami stacjonarnymi, mogłoby się wydawać, że można je dokładnie zmierzyć, a następnie poznać ich położenie. To założenie nie jest złe dla Księżyca, który jest cichym środowiskiem. Ale dla Ziemi stacje poruszają się całkiem sporo w tej skali:

  • Oś biegunowa Ziemi porusza się , a obrót Ziemi jest nieregularny. Oś biegunowa porusza się z różnych przyczyn, niektóre przewidywalne (Księżyc wywiera moment obrotowy na wybrzuszenie pływowe Ziemi) i niektóre zmienne (skały odbijają się od ostatniej epoki lodowcowej, pogoda). Pogoda wpływa również na obrót Ziemi, przemieszczając duże masy wody. Efekty te, ważne również dla wielu innych projektów naukowych, mają nawet własną agencję, która je śledzi — International Earth Rotation and Reference Systems Service .
  • Stacje poruszają się z powodu pływów . Księżyc, ponieważ jest połączony pływowo z Ziemią, ma stosunkowo małe i powtarzalne pływy o długości około 10 cm. Stała Ziemia ma większe pływy, oscylujące około 35 cm od szczytu do szczytu, co 12 godzin.
  • Skorupa ziemska zmienia się w odpowiedzi na długoterminowe fluktuacje, takie jak odbicie polodowcowe i obciążenie spowodowane transportem osadów.
  • Krótkoterminowa pogoda na Ziemi może również wpływać na położenie teleskopu, głównie w pionie. Różne efekty pogodowe mogą obciążać lokalne regiony skorupy ziemskiej, obniżając ją o kilka milimetrów. Efekty te pochodzą z atmosfery (układy wysokiego ciśnienia naciskają na powierzchnię Ziemi) i oceanu (gromadzenie się wody na wybrzeżu powoduje obniżenie skorupy). Wahania wód gruntowych spowodowane deszczem mogą również wpływać na położenie teleskopu.
  • Ciśnienie światła słonecznego wypycha orbitę Księżyca nieco poza środek. Jest to niewielki efekt, około 3,65 mm, ale jest to szczególnie ważne, ponieważ naśladuje efekt naruszenia EP.
  • Nawet dryf kontynentalny musi zostać zrekompensowany.

Ponadto ziemska atmosfera powoduje dodatkowe opóźnienie, ponieważ prędkość światła w atmosferze jest nieco mniejsza . Odpowiada to około 1,6 metra, patrząc prosto w Apache Point. Na to opóźnienie ma również wpływ pogoda, głównie ciśnienie atmosferyczne, które określa, ile powietrza znajduje się nad miejscem.

Ponieważ wiele z tych efektów jest związanych z pogodą, a także wpływa na bardziej powszechny satelitarny zasięg laserowy , stacje pomiarowe tradycyjnie obejmują stacje pogodowe, mierzące lokalną temperaturę, ciśnienie i wilgotność względną. APOLLO zmierzy to wszystko, a także bardzo precyzyjnie zmierzy lokalną grawitację za pomocą precyzyjnego grawimetru . Instrument ten jest w stanie wykrywać pionowe przemieszczenia o wielkości zaledwie 0,1 mm, mierząc zmiany grawitacji, gdy obserwatorium zbliża się lub oddala od środka Ziemi.

Wykorzystując wszystkie te pomiary, naukowcy próbują modelować i przewidywać dokładne położenie teleskopu oraz opóźnienia w atmosferze, aby móc je zrekompensować. Pływy są dość przewidywalne, a obrót Ziemi jest mierzony przez IERS i można go uwzględnić. Opóźnienie atmosferyczne jest dość dobrze poznane i jest zdominowane przez sam pomiar ciśnienia. Wczesne modele miały niepewność w zakresie 5–10 mm dla rozsądnych kątów elewacji, chociaż nowsze wysiłki zaowocowały modelem, który zapewniał dokładność 3 mm do 10 stopni nad horyzontem i wydajność poniżej milimetra powyżej 20–30 ° elewacji. Pogoda jest prawdopodobnie największym źródłem błędów. Ładunek atmosferyczny jest szacowany na podstawie ciśnienia barometrycznego w teleskopie i średniego ciśnienia w 1000 km . Obciążenie oceanów zostało uwzględnione wyłącznie na podstawie modeli empirycznych, a wody gruntowe zostały w dużej mierze zignorowane. APOLLO będzie prawdopodobnie wymagał ulepszeń we wszystkich tych modelach, aby osiągnąć pełną dokładność pomiarów.

Odkrycia

W kwietniu 2010 roku zespół APOLLO ogłosił, że dzięki zdjęciom z Lunar Reconnaissance Orbiter odnalazł dawno zaginionego łazika Lunokhod 1 i otrzymał zwroty z jego laserowego retroreflektora. Do jesieni 2010 roku położenie łazika zostało zmienione (za pomocą pomiarów odległości z różnych punktów obrotu Ziemi i libracji Księżyca) do około centymetra. Położenie w pobliżu krawędzi księżyca, w połączeniu z możliwością namierzania łazika nawet wtedy, gdy jest w świetle słonecznym, zapowiada się szczególnie przydatne do określania aspektów układu Ziemia-Księżyc.

Zespół współpracujący z APOLLO odkrył, że wydajność optyczna reflektorów księżycowych spada podczas pełni księżyca . Efekt ten nie występował w pomiarach z początku lat 70., był widoczny, ale niezbyt silny w latach 80., a obecnie jest dość znaczący; sygnał jest około 10-krotnie mniejszy podczas pełni księżyca. Podejrzewano, że przyczyną był kurz na macierzach, prowadzący do gradientów temperatury, zniekształcających powracającą wiązkę. Pomiary przeprowadzone podczas całkowitego zaćmienia Księżyca w grudniu 2010 roku potwierdziły, że przyczyną były efekty termiczne. Nagłe odcięcie i przywrócenie światła pozwoliło na obserwację termicznych stałych czasowych efektu.

Status

APOLLO działa i działa w różnym stopniu od października 2005 r., a dane o jakości naukowej rozpoczęły się w kwietniu 2006 r. Do połowy 2011 r. status był następujący:

  • Wszystkie 5 reflektorów (trzy Apollo i dwa Lunokhod) ustawiały się rutynowo.
  • Aż 12 fotonów w jednym impulsie (ograniczone detektorem – mogło być więcej).
  • Stała szybkość około 3 fotonów na impuls przez kilka minut. To około 65 razy więcej wykrytych fotonów niż poprzednie wysiłki.
  • Aż 50 000 powracających fotonów wykryto w jednej lunacji (podczas 5 godzin całkowitej pracy).

Od połowy 2011 r. Uważano, że dokładność zasięgu (na sesję) wynosiła około 1,8–3,3 mm na reflektor, podczas gdy orbita Księżyca jest określana na mniej więcej poziomie 15 mm. Luka między pomiarami a teorią może być spowodowana systematycznymi błędami w ustalaniu odległości, niewystarczającym modelowaniem różnych konwencjonalnych efektów, które stają się ważne na tym poziomie, lub ograniczeniami naszej teorii grawitacji . Chociaż możliwe jest, że ta rozbieżność wynika z nowej fizyki , głównym podejrzanym jest niewystarczające modelowanie, ponieważ wiadomo, że jest to zarówno złożone, jak i trudne.

Aby umożliwić APOLLO poprawę dokładności pomiaru powyżej części na bilion, w 2016 roku dodał cezowy zegar atomowy i ulepszony system kalibracji. Dzięki nowemu systemowi możliwa dokładność może być zwiększona do lepszej niż 2 mm.

Nowy system potwierdził dokładność wcześniejszych pomiarów. Okazało się, że poprzednie oszacowanie błędu 10 ps (odpowiadającego 1,5 mm niepewności odległości) przypisanego zsynchronizowanemu z GPS oscylatorowi kwarcowemu sterowanemu za pomocą pieca APOLLO było zbyt niskie; prawdziwa liczba była bliższa 20 ps (3 mm). Jednak staranne prowadzenie dokumentacji pozwoliło na ponowną analizę starych danych w świetle nowego zrozumienia zmian zegara i odzyskanie większości dokładności.

Potwierdzając dokładność poprzednich pomiarów i wykonując nowe, jeszcze dokładniejsze pomiary, wciąż nierozwiązana rozbieżność 15–20 mm między teorią a eksperymentem jest teraz mocniej osadzona na modelach teoretycznych.

Współpraca

APOLLO to współpraca między: University of California, San Diego ( główny badacz Tom Murphy ), University of Washington , Harvard , Jet Propulsion Laboratory , Lincoln Laboratory , Northwest Analysis, Apache Point Observatory i Humboldt State .

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Apache_Point_Observatory_Lunar_Laser-ranging_Operation&oldid=1140178741 ”