月レーザー測距実験
月レーザー測距実験（つきレーザーそくきょじっけん、英語: Lunar Laser Ranging experiment）あるいは月レーザー測距（つきレーザーそくきょ、英語: Lunar Laser Ranging; LLR）は、LIDARを用いた地球と月の距離の測定である。地球上のレーザーで、アポロ計画により月面に設置された再帰反射器（コーナーキューブ）を狙い、反射した光が戻ってくるまでの時間を測定する。
初期の試験、アポロ、ルノホート
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1962年、マサチューセッツ工科大学のチームが初めて反射レーザーのミリ秒パルスを観測することに成功した。同様の測定は、クリミア天体物理天文台のチームにおいても、Qスイッチのルビーレーザーを用いて同年になされている[1]。1969年7月21日に、アポロ11号の乗組員によって再帰反射器アレーが月面に設置されると精度が更に向上した。アポロ14号とアポロ15号では、さらに2つの再帰反射器アレーが設置され、実験に貢献した。月までの距離の測定は、リック天文台、アリゾナ州の空軍ケンブリッジ研究所月測距観測所、フランスのピク・デュ・ミディ天文台、東京天文台、テキサス州のマクドナルド天文台によって初めて報告された。
ソビエト連邦のルノホート1号とルノホート2号によっても同様のアレーが運ばれた。ルノホート1号からの反射シグナルは当初は受信されたが、1971年以降は、2010年4月にカリフォルニア大学のチームがルナー・リコネサンス・オービターの画像からアレーを再発見するまで、検出されなくなった[2]。ルノホート2号のアレーは、地球にシグナルを返し続けた[3]。ルノホートのアレーは、アポロ計画のものと同じように、太陽からの直射光を受けて性能が落ちていった[4]。
アポロ15号のアレーは、先の2度のアポロ計画で設置されたものと比べて3倍の大きさを持つ。その大きさにより、最初の25年間で行われた実験のうち、4分の3の標的となってきた。それ以降の技術の進歩によって、より小さなアレーが用いられるようになった。
詳細
[編集]月までの距離は、次の式を用いて概算値を求めることができる。
- 距離 = (光速 × 往復の時間) / 2
実際は、往復で約2.5秒は、地球と月の相対運動、地球の自転、月の秤動、気象、極運動、地球の大気による伝播遅延、地殻運動や潮汐作用による観測局の運動、大気中の経路による光速の差、相対性理論による効果等の影響を受ける[5]。それにも拘らず、地球と月の間の距離は、過去35年間で最も高い精度で求められた。様々な理由により、観測毎の距離は異なるが、平均値は約38万4,467kmであった。
月の表面では、ビームはわずか約6.5kmの幅であり[6]、これは3km離れたところから動く10セント硬貨をライフル銃で撃つようなものだと喩えられる。反射光は裸眼では見えないほど弱く、数秒毎に反射器に向けて発射される1017個の光子のうち地球に戻ってくるのは、良い条件の時でわずか1個である。レーザーは高い単色性をもつため、この光子はレーザーを反射したものだと判断できる。これは、史上最も正確な距離測定の1つであり、ロサンゼルスとニューヨークの間の距離を100分の1インチ精度で測定することに匹敵する[4][7]。2002年時点で、反射器の性能は年を経る事に悪くなっているが、月と地球の間の距離をmm単位の精確さで測定するための研究が続けられている[4]。
結果
[編集]長期間の実験による発見は次のとおり：
- 月は、年間 3.8 cm の速さで、地球かららせん状に遠ざかっている[6][8][9][10]。この速度は、異常に速いと言われる[11]。
- 月は、恐らく半径の20%程度の液体の核を持つ[3]。
- 万有引力理論は非常に安定している。この実験では、1969年以降、ニュートンの重力定数Gの上限を、1011分の1引き上げただけである[3]。
- ノルドベッド効果は、高い確度で排除され[12][13]、強い等価原理の妥当性が示唆された。
- アインシュタインの一般相対性理論は、月の軌道を高い精度で予測した[3]。
月面の反射器の存在は、アポロ計画陰謀論への反証として利用されてきた。例えば、 APOLLO Collaboration の光子パルスのパターンは、既知の着陸地点の付近に反射器が存在することと整合している。
ギャラリー
[編集]-
アポロ14号の反射器 -
APOLLO Collaborationの光子パルスの帰還時間 -
ドイツにある月レーザー測距実験の地上局 -
レーザー施設
出典
[編集]- ^ Bender, P. L., The Lunar Laser Ranging Experiment, UCSD
- ^ McDonald, Kim (April 26, 2010). “UC San Diego Physicists Locate Long Lost Soviet Reflector on Moon”. UCSD 27 April 2010閲覧。
- ^ a b c d James G. Williams and Jean O. Dickey. “Lunar Geophysics, Geodesy, and Dynamics” (PDF). ilrs.gsfc.nasa.gov. 2008年5月4日閲覧。 13th International Workshop on Laser Ranging, October 7-11, 2002, Washington, D. C.
- ^ a b c “It’s Not Just The Astronauts That Are Getting Older”. Universe Today (March 10, 2010). 24 August 2012閲覧。
- ^ Seeber, Gunter. Satellite Geodesy 2nd Edition. de Gruyter, 2003, p. 439
- ^ a b Fred Espenek (1994年8月). “NASA - Accuracy of Eclipse Predictions”. eclipse.gsfc.nasa.gov. 2008年5月4日閲覧。
- ^ “Apollo 11 Experiment Still Going Strong after 35 Years”. www.jpl.nasa.gov (July 20, 2004). 2008年5月4日閲覧。
- ^ Britt Scharringhausen (May 2002). “Is the Moon moving away from the Earth?”. Ask an Astronomer. Astronomy Department at Cornell University. 2013年12月4日18:56:02時点のオリジナルよりアーカイブ。2014年1月16日閲覧。
- ^ C.D. Murray & S.F. Dermott (1999). Solar System Dynamics. Cambridge University Press. p. 184
- ^ Dickinson, Terence (1993). From the Big Bang to Planet X. Camden East, Ontario: Camden House. pp. 79–81. ISBN 0-921820-71-2
- ^ Bills, B.G., and Ray, R.D. (1999), “Lunar Orbital Evolution: A Synthesis of Recent Results”, Geophysical Research Letters 26 (19): 3045-3048, Bibcode: 1999GeoRL..26.3045B, doi:10.1029/1999GL008348
- ^ Adelberger, E.G., Heckel, B.R., Smith, G., Su, Y., and Swanson, H.E. (1990-Sep-20), “Eotvos experiments, lunar ranging and the strong equivalence principle”, Nature 347 (6290): 261-263, Bibcode: 1990Natur.347..261A, doi:10.1038/347261a0
- ^ Williams, J.G., Newhall, X.X., and Dickey, J.O. (1996), “Relativity parameters determined from lunar laser ranging”, Phys. Rev. D 53: 6730-6739, Bibcode: 1996PhRvD..53.6730W, doi:10.1103/PhysRevD.53.6730
関連項目
[編集]外部リンク
[編集]- Apollo 14 Laser Ranging Retroreflector Experiment
- History of Laser Ranging
- Lunar Retroreflectors History and Position
- Station de Telemetrie Laser-Lune in Grasse|Grasse, France
- 2002 article about "UW researcher plans project to pin down moon's distance from Earth"
- NASA: What Neil & Buzz Left on the Moon - ウェイバックマシン（2010年4月11日アーカイブ分）
- CNN: Apollo 11 Experiment Still Returning Results after 30 Years
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