|
Přístroje na Měsíci
Pro časopis Letectví + kosmonautika zpracovali Marcel Grün, Pavel Koubský,
Astronautický klub SPACE
(L+K č. 3/1970)
Jedním
z úkolů obou pozemšťanů - Armstronga a Aldrina - na základně Tranquillity bylo
instalování laserového reflektoru asi deset metrů od měsíční sekce (viz. L+K
č. 13 a 24/1969). K jeho ustavení na Měsíci došlo po sběru vzorků hornin, několik
minut před umístěním pasivního seismometru. Technici v Houstonu odpočítávali
právě 111. hodinu 04. minutu letu a 99. minutu Armstrongovy procházky.
Reflektor,
složený ze stovky koutových odrážečů od firem Perkin-Elmer a Boxton-Beal, má
umožnit pozorovat odrazy laserových impulsů, vysílaných ze Země v příštích asi
deseti létech. Jednotlivé hranolky jsou vyrobeny z vysoce homogenního umělého
křemene Suprasil 1. Autoři projektu předpokládají, že se pomocí laserového reflektoru
mj. podaří určit velmi přesně vzdálenost Země - Měsíc (měření prostřednictvím
dlouhovlnného rádiového záření nedovoluje snížit nepřesnost pod 100 m). Již
dříve získaných laserových odrazů od povrchu Měsíce rovněž nemohlo být využito
k přesnému měření vzdálenosti. Při starém způsobu měření totiž laserový paprsek
osvětlil na Měsíci plochu o průměru několika kilometrů, a protože je Měsíc značně
zakřiven, vracel se k Zemi puls delší, než byl původně vyslán. A právě prodloužení
pulsu způsobovalo při určování vzdálenosti Měsíce jistou nepřesnost. Proto se
pracovníci Marylandské university pod vedením dr. C. O. Alleye rozhodil umístit
na povrchu Měsíce systém koutových odrážečů, u nichž dochází k odrazu prakticky
v jednom bodě a které impuls neprodlužují. Odrazivost laserového reflektoru
je navíc větší než odrazivost Měsíce a odraz pozorovaný na Zemi je intenzivnější.
(Připomeňme, že právě dr. Alley řídil již experiment, při němž byl laserový
signál vyslán ze Země k Surveyoru 7, jehož televizní kamera vyslaný záblesk
zachytila. Experiment z Apolla 11 je ovšem nesrovnatelně náročnější na přesnost
pozemního vybavení a metodiku práce.)
Počáteční fáze pokusu se zúčastnili pracovníci tří amerických hvězdáren: Lickovy observatoře v Kalifornii, McDonaldovy observatoře v Texasu a observatoře USAF v Arizoně. Lickova hvězdárna, ležící na vrcholku Mt. Hamiltonu (nadmořská výška 1400 m), nabídla pro tento pokus třímetrový zrcadlový dalekohled, v současné době druhý největší na světě. Přístroj používaný McDonaldovou observatoří ve Ft. Davis má průměr zrcadla 272 cm, je třetím největším a současně nejmodernějším astronomickým dalekohledem na světě. V provozu je od listopadu 1968. Na jeho výstavbu finančně značně přispěl NASA, protože přístroj má mj. sloužit ke studiu planet. Hvězdárna výzkumného ústavu USAF v Tucsonu, vybudovaná speciálně pro sledování laserových odrazů od Měsíce, má zrcadlový dalekohled o průměru 150 cm.
Kromě
dalekohledů je ke zmíněnému pokusu každá ze zúčastněných observatoří vybavena
ještě rubínovým laserem, vysílajícím intenzívní pulsy o vlnové délce 6943 A.
Poedstavu o citlivosti zařízení snad přiblíží následující údaj: ze Země k Měsíci
se vydá asi 1019 fotonů (deset miliard miliard) ale zpět do dalekohledu
se vrátí pouze 0,5 až 10 fotonů (v závislosti na použité aparatuře). Puls odražený
od Měsíce se registruje zařízením, dodaným pracovníky Goddardova střediska pro
kosmické lety - dvěma fotonásobiči s osciloskopy a kamerami. Celé zařízení je
napojeno na velmi přesné hodiny, jejichž přesnost je při stanovení vzdálenosti
Země - Měsíc rozhodující. (Abychom změřili vzdálenost na kilometry, musí být
doba mezi vysláním a zachycením paprsku změřena na stotisícinu vteřiny. Autoři
experimentu však požadují přesnost v určení vzdálenosti na několik centimetrů
až decimetr, tedy přesnost desetitisíckrát až stotisíckrát větší!)
Dalo se vcelku očekávat, že navázání kontaktu s reflektorem o velikosti 0,5 x 0,5 m bude velmi obtížné. Skutečnost však předčila očekávání. Experiment dokonce začal velmi dramaticky, neboť již v průběhu měsíční vycházky oznámily tiskové agentury, že se podařilo zachytit první odraz. Dr. Wampler z Lickovy observatoře však prohlásil, že americké observatoře kontakt nenavázaly a že jediným možným vysvětlením by mohla být sovětská účast, která se neoficiálně očekávala. K prvnímu plánovanému pokusu mělo dojít 25. července, ale pro poruchu na laserovém vysílači byl termín posunut o čtyři dny. Počáteční neúspěchy daly podnět k úvahám o možném porušení odrážeče při startu Orla z Měsíce, např. pokrytím zvířeného prachu. Dr. Kraft, ředitel Lickovy hvězdárny, však vzápětí prohlásil, že podobné obavy jsou neopodstatněné - a tak se čekalo dál.
Poprvé zachytili odraz od reflektoru, který umístili Armstrong s Aldrinem na Měsíci, 1. srpna pracovníci Lickovy observatoře. Laserový vysílač byl v tzv. coudé - ohnisku a zvláštní péče byla věnována pointaci dalekohledu. Laserem ozářená plocha na Měsíci má průměr asi 3,2 km, ale laserový odrážeč ani LM nejsou ze Země pozorovatelné, a proto také nebyla řada prvních pokusů úspěšná. Když byl konečně odraz získán, usnadnilo to poněkud další práci, protože bylo možno vypočítat přesné zaměření dalekohledu pro následující pokusy. Velmi často - když počítač určil špatné zaměření - se však signál ztratil. Uvážíme-li, že řadu k výpočtu potřebných údajů známe jen nepřesně - tvar Měsíce, přesný pohyb Měsíce kolem Země aj. - může k tomu dojít velmi snadno. Neméně důležitá je i znalost přesné polohy observatoře (pracovníci Lickovy hvězdárny neuspěli při prvních pokusech proto, že do počítače vložili špatnou polohu observatoře, lišící se od správné o 500 m) a nadmořské výšky.
Ve
dnech 19. - 21. 8. 1969 účast Lickovy hvězdárny na experimentu skončila poslední
sérií pozorování. Dr. Wampler k tomu poznamenal, že třímetrového dalekohledu
musí být využíváno i v jiných oblastech astronomie a že není únosné nadále nad
observatoří omezovat letecký provoz. Mt. Hamilton totiž leží právě na spojnici
mezinárodních letišť San José a San Francisko, a v době měření - aby astronomové
nebyli ničím rušeni - musel Americký federální úřad pro letectví každou noc
odklonit linky téměř tisíce letadel. Předchozí série pozorování skončila 3.
srpna a pracovníci observatoře museli vyčkat, až bude Tranquillity Base opět
na slunečním světle. Při následující sérii však podmínky pro sledování nebyly
příliš příznivé, a navíc byl Měsíc poměrně nízko nad obzorem.
Při prvním úspěšném pokusu bylo vysláno k Měsíci 112 pulsů, z nichž bylo registrováno 88 odražených, tj. asi 80 %. Laser produkoval v intervalu tří vteřin pulsy 10 ns dlouhé (10 nanosekund = 10-8 s). Podle publikovaných výsledků byla vzdálenost Země - Měsíc stanovena s přesností na 5 metrů. Původním cílem bylo zjistit vzdálenost s chybou pouhých 15 až 20 cm - k tomu však bude nutno ještě přesněji určit rychlost světla!
Druhou stanicí, která navázala kontakt (19. 8.), byla McDonaldova observatoř. I ona použila sice podobného pulsního rubínového laseru, ale po prvních zkouškách se jejím pracovníkům podařilo snížit dobu trvání pulsu na pouhé 2 ns (2.10-9 vteřiny); výsledky měření vzdálenosti však dosud nebyly publikovány.
Jeden ze spoluautorů experimentu - dr. Faller z Wesleyan University - prohlásil, že v příštích létech bude k podobným pokusům využíváno spíše než velkých astronomických dalekohledů speciálních stanic USAF a NASA. Upozornil také, že bude velmi vítána spolupráce jiných států (zájem už projevili vědci z Francie, Sovětského svazu a Československa).
[ Obsah | Pilotované lety | Apollo | Apollo 11 ]