Jörg von “Diax’s Rake” erinnert uns ja immer wieder daran, dass der Laser dieses Jahr seinen 50. Geburtstag feiert. Passend dazu hab ich hier eine aktuelle Arbeit gefunden, die sich auch mit Lasern beschäftigt – und zwar mit dem Lunar Laser Ranging.

Darüber habe ich früher schon mal ausführlich geschrieben. Es geht darum, dass man durch die Reflektion von Laserstrahlen den Abstand zwischen Erde und Mond möglichst genau bestimmen will. Dazu wurden während der Apollo-Missionen sogenannte Laserreflektoren auf der Mondoberfläche platziert. Die liefern aber manchmal seltsame Ergebnisse – die man nun aber erklären kann!

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Laserretroreflektor von Apollo 11, Bild: NASA


Im Prinzip ist die Sache ganz einfach: von der Erde aus wird ein Laserstrahl in Richtung Mond losgeschickt. Der wird dort reflektiert und auf der Erde wieder empfangen. Man braucht nun nur noch messen wie lange das alles gedauert hat und schon weiß man, wie weit Erde und Mond voneinander entfernt sind – auf den Zentimeter genau!

Ganz so simpel ist es aber dann doch nicht. Von den Unmengen an Photonen die mit dem ausgehenden Laserstrahl in Richtung Mond geschickt werden schafft es im Durchschnitt gerade mal eines wieder zurück zum Teleskop, von dem es ausgesandt wurde.

Gründe für den Verlust von Photonen gibt es viele. Der Laserstrahl weitet sich ja auf und bei weitem nicht alle treffen auf den Reflektor am Mond – das selbe gilt für den Rückweg. Das Wetter spielt auch eine wichtige Rolle und man kann nur bei allerbesten Bedingungen auf ein Signal hoffen, das stark genug ist. Und dann ist da noch der Reflektor selbst. Diese Retroreflektoren stehen ja auch schon seit einiger Zeit auf dem Mond und sie halten nicht ewig.

Tom Murphy von der Universität San Diego und seine Kollegen haben nun untersucht, wie sich die Qualität der Reflektoren im Laufe der Zeit verändert hat. Und sie haben probiert herauszufinden, warum das Signal immer genau dann schlechter wird, wenn wir Vollmond haben!i-ff5cb8c1ca459007dd819085eda5271c-llr1-thumb-500x381.png

Denn das passiert seltsamerweise! Immer bei Vollmond ist die Effizienz der Apollo-Laser-Retroreflektoren zehnmal schwächer als sonst. Das zeigt auch das obige Bild. Hier ist die Effizienz des Reflektors in Abhängigkeit von der Mondphase aufgetragen. Und die sinkt bei 180° (Vollmond) deutlich. Diverse Tests haben ausgeschlossen, dass der Grund dafür bei den Teleskopen am Boden zu suchen ist (weil z.B. der helle Vollmond die Detektoren zu stark beansprucht). Die Ursache muss eine andere sein.

Man hat das ganze auch bei totalen Mondfinsternissen untersucht. Die tritt ja nur bei Vollmond auf und deswegen hat man da auch wie üblich ein schlechtes Signal. Wenige Minuten nachdem der Mond komplett finster geworden ist, ist die Effizienz der Reflektoren aber wieder auf normalen Niveau – bis kurz vor Ende der Finsternis. Das deutet ganz stark darauf hin, dass hier die Wärme eine Rolle spielt. Wenn die Sonne (vom Mond aus gesehen) hoch am Himmel steht und wir auf der Erde einen Vollmond sehen, dann scheint sie direkt in die Prismen der Reflektoren hinein und kann sie erwärmen. Dadurch könnte es Verzerrungen geben und die Effizienz würde sinken.

Aber damit hat man noch nicht das komplette Rätsel gelöst. Im folgenden Bild sieht man einen Vergleich der Effizienz in den Jahren 1973-1976 und 1979-1984:

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Im ersten Intervall gab es keinen klaren Einfluß der Mondphase, danach schon! Hier scheint der Mondstaub eine wichtige Rolle zu spielen. Durch den Einschlag von Mikrometeoriten hat sich anscheinend im Laufe der Zeit ein bisschen Staub auf den Geräten abgelagert – und der absorbiert nun das Sonnenlicht und erhitzt die Optik.

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Kommentare (9)

  1. #1 knorke
    5. März 2010

    Florian, nur eine Frage (kicher)

    Wie kann man den Abstand über die Laserreflektoren messen, wo doch die ganze Mondlandung nur nszeniert war?

    (kicher, lach, brüll: Schluck Mondstaub – Lunar Landing-Hoaxer)

    Nun aber mal im Ernst: Der Zustand der Reflektoren verschlechtert sich durch was eigentlich? Durch Mikrometeoriten? Oder die Temperaturschwankungen allgemein? Witterung gibts ja keine. Oder nutzen sich die Reflektoren durch die belichtung selbst ab?

  2. #2 Jaddy
    5. März 2010

    Das mit den Reflektoren ist natürlich nur nen Fake. Die hatten doch damals gar keine Zeit für so einen Firlefanz, als sie das da oben gefilmt haben, sondern waren die ganze Zeit damit beschäftigt, dass ihnen kein Kabelträger ins Bild läuft. Worauf die Laser zielen ist auch klar: Das ist die alte Tür zum Filmstudio im Meer der Ruhe. Und die schwingt eben mit dem Sonnenwind auf und zu. Völlig logisch, ey.

  3. #3 Florian Freistetter
    5. März 2010

    @knorke: “Der Zustand der Reflektoren verschlechtert sich durch was eigentlich? “

    Da gibts mehrer Gründe. Der russische Reflektor ist z.B. mit Silber beschichtet. Das baut langsam ab. “Witterung” gibts dort auch – aber halt ne andere 😉 Sonnenwind z.B. – also jede Menge geladene Teilchen. Und natürlich Temperaturschwankungen. Mikrometeorite. Staub, der elektrostatisch aufgeladen durch die Gegend fliegen kann. Teflon, das in den Geräten verarbeitet ist und langsam kaputt geht und sich auf den Oberflächen ablagert.. Da kann schon ne Menge kaputt gehen, im Weltall 😉

  4. #4 S.S.T.
    5. März 2010

    Warum wird von der Achse des Bösen (=NASA) in Nollywood kein neuer Reflektor hingestellt? Sollte eigentlich nicht besonders teuer sein und die Kulissen sind dort bestimmt noch vorhanden. Andererseits lassen sich die zu erwartenden Ergebnisse genauso gut von einem handelsüblichen PC, z.B. von Aldi, eh viel besser darstellen und stimmen dann auch noch viel besser mit den Modellrechnungen überein.

  5. #5 Karol Babioch
    5. März 2010

    Gibt es eigentlich irgendwelche Angaben über die erwartete Lebenszeit der Reflektoren? Hab auf die Schnelle nichts finden können :(, wäre aber mal ganz interessant … :).

  6. #6 Gelmir
    5. März 2010

    Ich denke mal, das es da einfach keine genauen Angaben geben kann.
    Andererseits kann ich es mir sehr gut vorstellen, dass, sollte es doch wieder mal eine (mehrere) bemannte Mondlandung(en) irgendwann geben, sicher eine in der Nähe der alten Landungsstellen erfolgen wird. Denn ich bin mir ziemlich sicher, das sich sämtliche Materialforscher der Erde sämtliche Finger danach lecken, Materialproben der alten Lander in die genannten Finger zu bekommen. Dann wird es auch genauere Aussagen darüber geben können, wie sich Werkstoffe, Geräte etc. unter jahrzehntelangen im Weltall typischen Einflüssen verhalten, verändern usw.

  7. #7 Die Umnachtung
    8. März 2010

    Ganz klar, wenn es Vollmond ist fällt der Schatten der Mondpalmbäume* auf die Reflektoren.
    *siehe Erläuterungen des Sir John Herschel in “Great Astronomical Discoveries Lately Made By Sir John Herschel At The Cape Of Good Hope” http://de.wikisource.org/wiki/Mondschwindel

  8. #8 knorke
    8. März 2010

    @Florian: Danke für die Erläuterungen. Und ich hatte mir den Mond langweiliger vorgestellt (so rein Wettertechnisch). Ist ja doch ganz schön was an action da oben.

  9. #9 Erutan
    21. Mai 2014

    >>Wie kann man den Abstand über die Laserreflektoren
    >> messen, wo doch die ganze Mondlandung nur nszeniert
    >> war?
    Man immt einfach einen Reflektor, der bei einer der unbemannten Mondmissionen zurückgelassen wurde. Z.B. einen von den Lunochod-Missionen.