Wie löst man ein Mondrätsel? Feuern Sie einen Laser darauf ab

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Forscher nutzen seit Jahrzehnten reflektierende Prismen, die auf der Mondoberfläche verblieben sind, hatten jedoch zunehmend Probleme mit ihrer Wirksamkeit festgestellt.

Von Katherine Kornei

Der Mond driftet weg. Jedes Jahr entfernt es sich etwa anderthalb Zentimeter weiter von uns. In Hunderten Millionen Jahren wird unser Begleiter am Himmel so weit entfernt sein, dass es keine totalen Sonnenfinsternisse mehr geben wird.

Seit Jahrzehnten messen Wissenschaftler den Rückzug des Mondes, indem sie einen Laser auf lichtreflektierende Platten, sogenannte Retroreflektoren, feuern, die auf der Mondoberfläche zurückgelassen wurden, und dann den Umlauf des Lichts messen. Aber die fünf Retroreflektoren des Mondes sind alt und jetzt viel weniger effizient darin, Licht zurückzuwerfen. Um herauszufinden, ob eine Mondstaubschicht der Übeltäter sein könnte, entwickelten die Forscher einen gewagten Plan: Sie reflektierten Laserlicht von einem viel kleineren, aber neueren Retroreflektor, der an Bord einer NASA-Raumsonde montiert war, die mit Tausenden von Meilen pro Stunde über die Mondoberfläche flog. Und es hat funktioniert.

Diese Ergebnisse wurden diesen Monat in der Zeitschrift Earth, Planets and Space veröffentlicht.

Von all dem Zeug, das Menschen auf dem Mond hinterlassen haben, gehören die fünf Retroreflektoren, die von Apollo-Astronauten und zwei sowjetischen Roboter-Rovern geliefert wurden, zu den wissenschaftlich bedeutendsten. Sie ähneln wirklich langen Maßstäben: Durch genaue Messung der Zeit, die Laserlicht benötigt, um zum Mond zu gelangen, von einem Retroreflektor abzuprallen und zur Erde zurückzukehren (ungefähr 2,5 Sekunden, mehr oder weniger), können Wissenschaftler die Entfernung zwischen dem Mond und dem Mond berechnen und Erde.

Anordnungen aus Eckwürfelprismen aus Glas machen diesen kosmischen Abprall möglich. Diese optischen Geräte reflektieren einfallendes Licht genau dorthin zurück, wo es herkommt, und stellen so sicher, dass Retroreflektoren Photonen in einer engen, sauberen Drehung aussenden.

Durch wiederholte Messungen im Laufe der Zeit können Forscher ein besseres Bild der Umlaufbahn des Mondes, seiner genauen Ausrichtung im Raum und sogar seiner inneren Struktur erhalten.

Doch die koffergroßen Retroreflektoren des Mondes, die von 1969 bis 1973 geliefert wurden, zeigen mittlerweile ihr Alter. In einigen Fällen seien sie nur etwa ein Zehntel so effizient wie erwartet, sagte Tom Murphy, ein Physiker an der University of California in San Diego, der nicht an der Forschung beteiligt war. „Die Renditen sind stark gedrückt.“

Ein offensichtlicher Übeltäter ist Mondstaub, der sich auf den Retroreflektoren angesammelt hat. Staub kann durch Meteoriteneinschläge auf der Mondoberfläche aufgewirbelt werden. Es bedeckte die Mondanzüge der Astronauten während ihrer Besuche und es wird erwartet, dass es ein erhebliches Problem darstellt, wenn Menschen jemals den Mond besiedeln.

Während es fast 50 Jahre her ist, dass ein Retroreflektor auf der Mondoberfläche angebracht wurde, trägt eine 2009 gestartete NASA-Raumsonde einen Retroreflektor, der ungefähr die Größe eines Taschenbuchs hat. Dieses Raumschiff, der Lunar Reconnaissance Orbiter, umkreist den Mond alle zwei Stunden und hat Millionen hochauflösender Bilder der Mondoberfläche nach Hause gesendet.

Der Lunar Reconnaissance Orbiter „bietet ein makelloses Ziel“, sagte Erwan Mazarico, ein Planetenwissenschaftler am Goddard Space Flight Center der NASA, der zusammen mit seinen Kollegen die Hypothese überprüfte, dass Mondstaub die Retroreflektoren des Mondes beeinflussen könnte.

Aber es ist auch ein bewegliches Ziel. Der Orbiter schwebt mit 3.600 Meilen pro Stunde über die Mondoberfläche. „Es ist schwer genug, ein stationäres Ziel zu treffen“, sagte Dr. Murphy, der die Lunar Laser-Ranging Operation des Apache Point Observatory oder APOLLO leitet, ein Projekt, bei dem Retroreflektoren auf dem Mond zum Einsatz kommen Oberfläche. „Wir werden Ihnen ein kleineres Array zur Verfügung stellen und dafür sorgen, dass es sich auf Sie zubewegt.“

Im Jahr 2017 begannen Dr. Mazarico und seine Mitarbeiter, einen Infrarotlaser von einer Station in der Nähe von Grasse, Frankreich – etwa eine halbe Autostunde von Cannes entfernt – auf den Retroreflektor des Orbiters abzufeuern. Am 4. September 2018 gegen 3 Uhr morgens verzeichneten sie ihren ersten Erfolg: die Entdeckung von 25 Photonen, die den Hin- und Rückflug absolvierten.

Bis zum Herbst 2019 konnten die Forscher drei weitere Erfolge verbuchen. Nachdem Dr. Mazarico und seine Kollegen die geringere Größe des Retroreflektors des Orbiters berücksichtigt hatten, stellten sie fest, dass dieser Photonen häufig effizienter zurückgab als die Apollo-Retroreflektoren.

Es gebe noch nicht genügend Beweise, um den Staub kategorisch für die schlechtere Leistung der Retroreflektoren des Mondes verantwortlich zu machen, sagte Dr. Mazarico, und es würden weitere Beobachtungen gesammelt. Aber Dr. Murphy und andere Wissenschaftler sagten, die neuen Erkenntnisse würden dazu beitragen, den Fall zu klären.

„Für mich wird die Idee des staubigen Reflektors durch diese Ergebnisse eher bestätigt als widerlegt“, sagte er.

Ein Leitfaden zum Raumschiff jenseits der Erdumlaufbahn.

Verpassen Sie niemals eine Sonnenfinsternis, einen Meteoritenschauer, einen Raketenstart oder ein anderes astronomisches oder weltraumbezogenes Ereignis, das nicht von dieser Welt ist.