Американские ученые попали в советский луноход лазерным лучом – такая новость появилась в пишущих о науке СМИ в конце апреля.
“Луноход-1” неподвижно простоял на Луне почти 40 лет, и поэтому тем более удивительной оказалась высокая интенсивность ответного луча, пойманного исследователями.
Теперь специалисты намерены использовать “проснувшийся” луноход для проведения различных научных экспериментов и даже проверить с его помощью теорию относительности.
История вопроса
Прежде чем рассказать, как созданная в 1970 году машина с недоброй славы радиоактивным изотопом полония внутри связана с Альбертом Эйнштейном, коротко напомним, какие события предшествовали появлению описываемой новости.
Дистанционно управляемый самоходный аппарат-планетоход “Луноход-1” разрабатывался в НПО имени Лавочкина в рамках советской космической программы. После успеха “Спутника” и знаменитого гагаринского “Поехали!” в СССР серьезно готовились к следующему шагу – освоению Луны. В Крыму под Симферополем был создан полигон, на котором будущие обитатели лунной базы тренировались управлять специальными аппаратами для передвижения по лунному грунту, а инженеры-испытатели учились контролировать передвижения “беспилотных” луноходов – машин класса “Луноход-1”.
В общей сложности было построено четыре таких машины. Одна из них должна была стать первым земным объектом, достигшим поверхности спутника. 19 февраля 1969 года ракета-носитель серии “Протон”, которая несла “Луноход-1”, стартовала с космодрома Байконур. Однако на 52-й секунде полета ракета взорвалась из-за аварийного отключения двигателей первой ступени. Организовать новый старт сразу же было невозможно, и в итоге американцы, которые не менее напряженно работали над программой пилотируемых полетов, успели первыми. Запуск космического корабля “Аполлон-11”, на борту которого находились Нил Армстронг, Базз Олдрин и Майкл Коллинз, состоялся 16 июля того же года.
Вторую попытку запустить “Луноход-1” советские инженеры предприняли 10 ноября 1970 года. На этот раз полет прошел штатно: 15 числа автоматическая межпланетная станция “Луна-17” вышла на орбиту земного спутника, а 17 числа совершила посадку в Море Дождей – заполненном высохшей лавой гигантском кратере. “Луноход-1” съехал на поверхность Луны и отправился в путь.
Научная программа лунохода была весьма обширной – аппарат должен был изучать физические и механические свойства лунного грунта, фотографировать окружающий пейзаж и его отдельные детали и передавать все данные на Землю. Похожее на каравай “тело” лунохода располагалось на платформе, снабженной восемью колесами. Аппарат был более чем полноприводным – операторы могли независимо регулировать направление и скорость вращения каждого из колес, изменяя направление движения ровера практически как угодно.
Стрелкой указано пятно, которое и является “Луноходом-1”. Фото NASA/GSFC/Arizona State U Правда, управлять луноходом было весьма непросто – из-за почти пятисекундной задержки сигнала (от Земли до Луны и обратно сигнал идет чуть больше двух секунд) операторы не могли ориентироваться по сиюминутной обстановке и должны были предугадывать местоположение аппарата. Несмотря на эти сложности “Луноход-1” проехал свыше 10,5 километра, а его миссия длилась втрое дольше, чем рассчитывали исследователи.
14 сентября 1971 года ученые, как обычно, получили радиосигнал от лунохода, и вскоре после этого, когда на Луне наступила ночь, температура внутри ровера начала понижаться. 30 сентября солнце вновь осветило “Луноход-1”, но на связь с Землей он не вышел. Специалисты полагают, что аппаратура не выдержала лунной ночи с ее морозом в минус 150 градусов Цельсия. Причина неожиданного остывания лунохода проста: у него кончился запас радиоактивного изотопа полония-210. Именно распад этого элемента обогревал приборы ровера в то время, когда он находился в тени. Днем “Луноход-1” работал от солнечных батарей.
Нашли
Точное местоположение лунохода было неизвестно ученым – в 70-е годы навигационная техника была развита хуже, чем сейчас, и кроме того, сам по себе лунный рельеф во многом оставался terra incognita. А найти аппарат, размер которого сравним с “Окой”, на расстоянии в 384 тысячи километров – задача посложнее, чем отыскать пресловутую иголку в стоге сена.
Надежды на обнаружение лунохода связывали с орбитальными лунными зондами, обращающимися вокруг земного спутника. Однако до недавнего времени разрешения их камер никак не хватало для того, чтобы разглядеть “Луноход-1”. Все изменилось в 2009 году, когда американцы запустили аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), оснащенный камерой LROC, специально предназначенной для фотографирования объектов размером до нескольких метров.
Специалисты, курирующие работу LROC, заметили на одном из переданных зондом снимков подозрительный светлый объект. Определить, что пятнышко, которое запечатлела камера, – это автоматическая станция “Луна-17”, помогли уходящие от объекта колеи. Их мог оставить только “Луноход-1”, и, проследив, куда ведут колеи, ученые обнаружили аппарат. Точнее сказать, они обнаружили пятно, которое с высокой вероятностью было не чем иным, как застывшим луноходом.
Одновременно со специалистами из NASA (зонд LRO был создан под эгидой Американского космического агентства) поисками лунохода занималась команда физиков из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Как позже рассказал ее руководитель Том Мерфи (Tom Murphy), ученые в течение нескольких лет пытались отыскать аппарат в районе, находящемся на много километров в стороне от истинного места остановки лунохода.
У читателя может возникнуть вопрос, зачем калифорнийские физики так упорно охотились за советской машиной. Ответ не совсем очевиден – луноход нужен исследователям для проверки теории относительности. При этом луноход как таковой специалистов не интересует. Единственная деталь, ради которой они годами разыскивали аппарат, – это установленный на нем уголковый отражатель – прибор, отражающий попавшее на него излучение в направлении строго обратном направлению падения. При помощи уголковых отражателей, установленных на Луне, ученые могут определять точное расстояние до нее. Для этого к отражателю посылают лазерный луч и затем ждут, пока он отразится и вернется на Землю. Так как скорость движения луча постоянна и равна скорости света, измерив время от отправки луча до его возвращения, исследователи могут узнать расстояние до отражателя.
“Луноход-1” – не единственный аппарат на Луне, снабженный уголковым отражателем. Еще один установлен на втором советском планетоходе “Луноход-2”, а три других были доставлены на спутник в ходе 11-й, 14-й и 15-й миссий “Аполлон”. Мерфи и его сотрудники в своих исследованиях регулярно использовали их все (хотя отражатель лунохода они задействовали реже остальных, так как он плохо работал при попадании прямых солнечных лучей). Но для проведения полноценных экспериментов ученым не хватало именно отражателя “Лунохода-1”. Как объяснил Мерфи, все дело в местоположении аппарата, которое идеально подходит для проведения опытов по изучению характеристик жидкого ядра Луны и определения ее центра масс.
Дьявол в деталях
В этом месте читатель может окончательно запутаться: как уголковые отражатели связаны с лунным ядром и при чем здесь все-таки теория относительности? Связь, действительно, не самая очевидная. Начнем с общей теории относительности (ОТО). Она утверждает, что из-за гравитационных эффектов и искривления пространства-времени Луна будет обращаться вокруг Земли не совсем по той орбите, которая постулируется в рамках ньютоновской механики. ОТО предсказывает лунную орбиту с точностью до сантиметров, поэтому для того, чтобы ее проверить, необходимо проводить измерения орбиты с не меньшей точностью.
Уголковые отражатели являются прекрасным инструментом для определения орбиты – имея множество измеренных расстояний от Земли до Луны, ученые могут очень точно вывести траекторию вращения спутника. Жидкие “внутренности” Луны влияют на характер движения спутника (попробуйте вращать на столе вареное и сырое куриные яйца, и вы сразу увидите, как проявляется это влияние), и поэтому для получения точной картины необходимо выяснить, как именно Луна отклоняется из-за особенностей своего ядра.
Итак, пятый отражатель был жизненно необходим Мерфи и коллегам. После того как ученые установили место стоянки “Лунохода-1”, они “выстрелили” в этот район лазерным лучом диаметром около ста метров при помощи установки в обсерватории “Апач-пойнт” в Нью-Мексико. Исследователям повезло – они “попали” в отражатель лунохода со второй попытки и таким образом сузили диапазон поисков до 10 метров. К удивлению Мерфи и его команды, пришедший от “Лунохода-1” сигнал был очень интенсивным – более чем в 2,5 раза сильнее, чем лучшие сигналы второго лунохода. Кроме того, ученым в принципе повезло, что они смогли дождаться отраженного луча – ведь отражатель вполне мог оказаться повернутым от Земли. В ближайшее время исследователи намерены уточнить местоположение аппарата и начать полноценные эксперименты по проверке справедливости утверждений Эйнштейна.
Таким образом, история “Лунохода-1”, прервавшаяся 40 лет назад, получила неожиданное продолжение. Не исключено, что некоторые из читателей возмутятся (а судя по реакции на новость в Сети – уже начали возмущаться), почему это американские ученые пользуются нашим луноходом и как жаль, что российские специалисты оказались в этом опыте не у дел. Чтобы как-то снизить градус будущих дискуссий, хочется отметить, что наука – это международное дело, и поэтому спорить о национальных приоритетах научных работ – занятие, в лучшем случае, бесполезное.
(источник)