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微弱月光之谜终于解开

40年前,阿波罗宇航员在月球上留下了角锥棱镜阵列,就像这里所示的那样。现在,从这些反射器反射回来的光线似乎变暗了。科学家认为灰尘是罪魁祸首。

天文学家早就知道,月球表面人造反射器反射的光比预期的要微弱,每当月球满月时,就会神秘地变暗。根据一份新的报告,现在他们认为月球尘埃和太阳加热可能是肮脏的罪魁祸首。

研究人员说,证据就在地球上。一个团队从新墨西哥州的望远镜向月球发射的光中,只有一小部分从月球表面的旧反射器反射回来,然后返回观测站。

该研究的主要作者、加州大学圣地亚哥分校物理学副教授汤姆·墨菲说:“在接近满月时,返回的光的强度会下降十倍。”“月球表面发生了一些事情,破坏了满月时反射器的性能。”

测量月球

Murphy领导了一项工作,通过对40年前阿波罗宇航员在月球表面从目标反射的激光脉冲进行计时,精确测量地球到月球的距离。

地球大气层散射出射光束,在月球表面传播约1.24英里(2公里)的距离。

科学家们将光对准被称为角立方体棱镜的抛光玻璃块,每个玻璃块的直径约为1.5英寸(3.8厘米)。

大部分激光都没有击中目标,这几乎相当于一个手提箱的大小。此外,反射器还衍射返回的光,使其在再次到达地球时传播9.3英里(15公里)。

因此,研究人员一直希望只捕获反射光子或光粒子的一小部分,这些光子或光颗粒实际上会反射回来。平均而言,他们的仪器只探测到十分之一的转向光,而当月亮满月时,结果却奇怪地差了十倍。

月球尘埃和热量

Murphy认为,在满月时,立方体的加热不均匀,这种差异的原因很可能是由尘埃引起的。

“灰尘很黑,”墨菲说。“它可以吸收太阳光,并加热正面的立方体棱镜。”

理想情况下,为了获得最佳性能,整个立方体必须处于相同的温度。

墨菲说:“不需要太多,只需要几度,就能显著影响表现。”

美国国家航空航天局的工程师们竭尽全力将棱镜之间的温差降到最低,棱镜排列成向地球倾斜的阵列。单个棱镜位于凹入的口袋中,这样当太阳在月球地平线上较低时,它们就可以遮挡直射光。

但是,当月球的整个表面看起来是由地球照亮时,太阳就在阵列的正上方。

Murphy解释道:“满月时,太阳正沿着管道直射到这些凹陷的地方。”

棱镜是透明玻璃,其反射特性来源于其抛光面的形状。由于灰尘涂层的吸收,这些粒子可能会发生不均匀的加热,这会使它们反射的光脉冲形状弯曲,干扰测量的准确性。

光在更温暖的玻璃中传播得更快,尽管通过立方体棱镜的所有路径都是相同的长度,但入射到反射器边缘的光子将停留在表面附近。同时,那些撞击到中心的物质会在撞击到反射表面之前深入立方体。

如果棱镜的表面比更深的部分更热,那么照射到棱镜边缘的光将比照射到中心的光更快地重新出现,从而扭曲反射激光脉冲的形状。

月球尘埃困境

但墨菲说,要找到问题尘埃的来源可能会更加困难。

月球没有大气层,也没有风,但静电能使尘埃四处移动。持续不断的微陨石雨也可能将尘埃吹到月球表面。更大的撞击将物质从表面喷射出更远的距离,也可能导致堆积。

Murphy最近从意大利旅行回来,在那里建造一个模拟月球条件的探测器可能有助于解决可能的解释问题。

Murphy说:“我们认为我们在满月时有一个热问题,加上月球所有相位的光学损耗。”反射镜前表面积聚的灰尘可以解释这两种观测结果。

如果阳光加热的灰尘真的是罪魁祸首,研究人员应该注意到这种影响在月食期间消失了。换句话说,当月球穿过地球的阴影时,光线应该会反弹,然后当阳光再次照射到阵列时,光线会再次变暗。

Murphy说:“日食期间的测量‘只有几个’看起来很好。”“当你去除太阳通量时,反射镜会以大约半小时的时间尺度迅速恢复。”

研究人员的发现将发表在即将出版的《伊卡洛斯》杂志上。

此前,位于得克萨斯州西部戴维斯山脉的得克萨斯大学奥斯汀分校的研究单位麦克唐纳天文台在1973年至1976年间在满月时进行了类似的实验。但是,Murphy说,在1979年至1984年间,他们在满月期间“从数据中拿走了一部分”。“我们的问题更深。”这可能意味着问题可能会变得更糟。

到目前为止,恶劣的天气使该项目无法在月食期间运行。研究人员的下一次机会将在2010年12月21日晚上。


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