فاصله سنجي تا ماه
نويسنده: محمد حسين الماسي
از 30 تير 1348/ 21 جولاي 1969، هنگامي که بشر توانست نخستين بار بر سطح ماه قدم بگذارد، بيش از چهل سال سپري شده است و امروزه به يقين مي دانيم که از آن زمان تاکنون کره ماه بطور متوسط حدود 1/5 متر از زمين دور شده است! ما اين آگاهي امروزمان را مديون نيل آرمسترانگ و ادوين آلدرني هستيم که موفق شدند در مأموريت آپولو 11، دستگاه مسافت سنج ليزري را بر سطح ماه قرار دهند تا دانشمندان به کمک اين دستگاه بتوانند در هر لحظه فاصله زمين تا ما را به دست آورند.
اين بار در صفحه ي رصد گران مهتاب به جنبه ديگري از رصدهاي ماه از زمين مي پردازيم. رصدهايي خاص که به کمک ابزارهاي نصب شده در ماه منجر به فاصله سنجي هاي دقيق از ماه مي شود و در نتيجه آن، دانشمنداني که داده ها ي به دست آمده از پروژه فاصله سنجي ليزري ماه را تجزيه و تحليل ميکنند، مي توانند به دستاوردهاي با ارزشي دست يابند.
آن ها مي توانند با تعيين دقيق فاصله زمين تا ماه اطلاعات بسياري از ديناميک ماه و ترکيبات ساختاري آن به دست آورند. دکتر جين ديکي از محققان آزمايشگاه جت پروپالشن ناسا(JPL) مي گويد: «ما با اين فناوري در حال حاضر سند محکمي داريم که نشان مي دهد هسته ماه به صورت مايع است و حتي به اين نتيجه رسيديم که حدود 20 درصد شعاع کره ماه را هسته آن تشکيل داده است. هچنين مسافت سنجي ليزري اين امکان را به ما داده است تا هر سال با سنجش ددقيق سرعت چرخش ماه تغييرات سرعت آن را، که به سبب اثر گرانش زمين و خورشيد بر ماه است، به دست آوريم. در نتيجه توانسته ايم ميزان کاهش سرعت ماه به دور زمين و بنابراين سرعت دور شدن ماه از زمين را با دقت بسيار بالا تا حد ميلي متر اندازه گيري کنيم»
منظور از مسافت سنج، صفحه بازتابنده اي از جنس سيليس است که با ابعادي در حدود 40 سانتي متر روي پايه اي آلومينيومي به ارتفاع نيم متر قرار گرفته است و مانند هر آينه اي پرتوهاي تابيده شده را در جهت مخالف آن بازتاب مي دهد(در اين صورت زاويه ي بازتاب 180 درجه خواهد بود) روال کار براي سنجش فاصله به اين صورت است که ابتدا از سوي رصدخانه هاي زميني پرتوهاي ليزري تک فاز(تک رنگ) به سوي بازتابنده ي مستقر در ماه تابيده مي شود. پرتو ليزر پس از طي مسافتي تا ماه، با برخورد به بازتابنده، اين بار در جهت عکس و به سوي زمين پرتاب مي شود. از آن جايي که امروزه سرعت نور در هر ثانيه را با دقت بسيار بالايي مي دانيم کافي است مدت زمان اين حرکت رفت و برگشت از زمين تا ماه و بالعکس را با دقت ثبت کنيم. اين فاصله زماني به علت اوج و حضيض مداري ماه و ساير عوامل فيزيکي هميشه ثابت نيست. اما به طور ميانگين چيزي در حدود 2/5 ثانيه است. با به دست آوردن اين فاصله زماني خواهيم توانست فاصله زمين تا ماه را به دقت اندازه گيري کنيم.
ممکن است اين پرسش را بپرسيد که دانشمندان چگونه پرتو ليزر را روانه ماه مي کنند؟ شايد تعجب کنيد اما آنها براي تابش پرتو ليزر به سوي ماه از سامانه اپتيکي تلسکوپ ها استفاده مي کنند! همان طور که مي دانيد هنگامي که براي رصد آسمان از تلسکوپ استفاده مي کنيم، بسته به اين که قطر دهانه تلسکوپ چقدر باشد، پرتوها به طور موازي و با پهناي بيشتري از اجرام دور دست آسمان وارد دهانه تلسکوپ و در نقطه کانون آينه اصلي تلسکوپ هم گرا مي شوند و در اين حين از آينه ثانويه به سوي چشمي تلسکوپ هدايت مي شوند. پروهايي که از چشمي تلسکوپ خارج مي شوند، اين بار دسته اي از پرتوهاي موازي اند با پهناي کمتر و در حد چند ميلي متر(به اندازه قطر مردمک چشم انسان) براي آن که بتوانيم پرتو نازک ليزر را با پهناي بيشتري به سوي ماه هدايت کنيم، کافي است از عکس فرايند تلسکوپ ها بهره ببريم، يعني ابتدا پرتو ليزر از جايي که چشم تلسکوپ قرار دارد، وارد تلسکوپ شود و سپس از آينه ثانويه به آينه اصلي بتابد. آينه اصلي تلسکوپ نيز پرتوهاي ليزر را به صورت تقريباً موازي و با پهناي بيشتري به سوي ماه ارسال مي کند. اگر اين عمل را با تلسکوپي به قطر دهانه يک متر انجام دهيم، پرتوهايي که به سطح ماه مي رسند در نهايت پهنايي در حدود 6 متر خواهند داشت. اما توجه کنيد آرايه هاي بازتابنده در سطح ماه هم ابعاد بسيار کوچکي دارند و در مقايسه با فاصله بسيار زياد زمين تا ماه پهناي 6 متري هم چندان کافي نيست. اين درست همان شليک گلوله اي به سوي يک سيبل در فاصله 400 کيلومتري است! به همين سبب هرچند فرآيند ارسال پرتوها ساده است، هدف گيري دقيق دهانه تلسکوپ به سوي آرايه ها کار بسيار سخت و طاقت فرسايي است فراموش نکنيد ماه و زمين نيز هرکدام در فضا جداگانه در حال حرکت اند. درادامه، اعضاي گروه کاري پس از تنظيم دقيق تلسکوپ و برخورد موفق آميز پرتوها به بازتابنده ها، بلافاصله به سراغ تجهيزات ثبت کننده نظير صفحه هاي بسيار حساس عکاسي، فيلترها و تقويت کننده ها براي دريافت سيگنال برگشتي از ماه مي روند.
نکته جالب اين جاست که مشاهده پرتوهاي بازگشتي با چشم برهنه بسيار سخت و عملاً ناممکن است. چرا که حتي در بهترين شرايط جوي نيز فقط يک فوتون در چند ثانيه دريافت مي شود. بد نيست بدانيد پرتوهاي تابيده شده به سوي ماه در هر ثانيه 7^10 فوتون است اما در بازگشت، فقط يک فوتون در چند ثانيه به زمين مي رسد. با وجود اين دريافت همين يک فوتون و ثبت زمان رفت و برگشت آن از زمين به ماه و بالعکس کافي است تا بتوانيم به هدف اصلي، که همان سنجش فاصله زمين تا ماه است برسيم.
در حال حاضر سه دستگاه بازتابنده بر روي سطح ماه قرار دارند که در طي مأموريت هاي آپولو 11، 14 و 15 در نزديکي محل فرود آنها قرار گرفته اند. نخستين آزمايش موفقيت آميز سنجش آزمايش موفقيت آميز سنجش فاصله ي ماه تا زمين در سال 1341/1962 و هنگامي انجام شد که گروهي از موسسه فناوري ماساچوستس(MIT) موفق به رصد و آشکارسازي پالس هاي ليزري بازتاب شده از ماه، با دقتي در حد ميلي ثانيه شدند. از آن روز تاکنون بارها اين سنجش فاصله انجام شده است. امروز از داده هاي به دست آمده از اين سنجش فاصله مي دانيم ميزان شبانه روز زميني به سبب اصطکاک جو، جذر و مد اقيانوس ها و هسته زمين به مقدار يک هزارم ثانيه در سال تغيير مي کند. همچنين توانسته ايم ميزان جابه جايي صحفه پوسته زمين را با دقت خوبي اندازه گيري کنيم و تحت نظر داشته باشيم.
منبع: نجوم، شماره 197.
اين بار در صفحه ي رصد گران مهتاب به جنبه ديگري از رصدهاي ماه از زمين مي پردازيم. رصدهايي خاص که به کمک ابزارهاي نصب شده در ماه منجر به فاصله سنجي هاي دقيق از ماه مي شود و در نتيجه آن، دانشمنداني که داده ها ي به دست آمده از پروژه فاصله سنجي ليزري ماه را تجزيه و تحليل ميکنند، مي توانند به دستاوردهاي با ارزشي دست يابند.
آن ها مي توانند با تعيين دقيق فاصله زمين تا ماه اطلاعات بسياري از ديناميک ماه و ترکيبات ساختاري آن به دست آورند. دکتر جين ديکي از محققان آزمايشگاه جت پروپالشن ناسا(JPL) مي گويد: «ما با اين فناوري در حال حاضر سند محکمي داريم که نشان مي دهد هسته ماه به صورت مايع است و حتي به اين نتيجه رسيديم که حدود 20 درصد شعاع کره ماه را هسته آن تشکيل داده است. هچنين مسافت سنجي ليزري اين امکان را به ما داده است تا هر سال با سنجش ددقيق سرعت چرخش ماه تغييرات سرعت آن را، که به سبب اثر گرانش زمين و خورشيد بر ماه است، به دست آوريم. در نتيجه توانسته ايم ميزان کاهش سرعت ماه به دور زمين و بنابراين سرعت دور شدن ماه از زمين را با دقت بسيار بالا تا حد ميلي متر اندازه گيري کنيم»
منظور از مسافت سنج، صفحه بازتابنده اي از جنس سيليس است که با ابعادي در حدود 40 سانتي متر روي پايه اي آلومينيومي به ارتفاع نيم متر قرار گرفته است و مانند هر آينه اي پرتوهاي تابيده شده را در جهت مخالف آن بازتاب مي دهد(در اين صورت زاويه ي بازتاب 180 درجه خواهد بود) روال کار براي سنجش فاصله به اين صورت است که ابتدا از سوي رصدخانه هاي زميني پرتوهاي ليزري تک فاز(تک رنگ) به سوي بازتابنده ي مستقر در ماه تابيده مي شود. پرتو ليزر پس از طي مسافتي تا ماه، با برخورد به بازتابنده، اين بار در جهت عکس و به سوي زمين پرتاب مي شود. از آن جايي که امروزه سرعت نور در هر ثانيه را با دقت بسيار بالايي مي دانيم کافي است مدت زمان اين حرکت رفت و برگشت از زمين تا ماه و بالعکس را با دقت ثبت کنيم. اين فاصله زماني به علت اوج و حضيض مداري ماه و ساير عوامل فيزيکي هميشه ثابت نيست. اما به طور ميانگين چيزي در حدود 2/5 ثانيه است. با به دست آوردن اين فاصله زماني خواهيم توانست فاصله زمين تا ماه را به دقت اندازه گيري کنيم.
ممکن است اين پرسش را بپرسيد که دانشمندان چگونه پرتو ليزر را روانه ماه مي کنند؟ شايد تعجب کنيد اما آنها براي تابش پرتو ليزر به سوي ماه از سامانه اپتيکي تلسکوپ ها استفاده مي کنند! همان طور که مي دانيد هنگامي که براي رصد آسمان از تلسکوپ استفاده مي کنيم، بسته به اين که قطر دهانه تلسکوپ چقدر باشد، پرتوها به طور موازي و با پهناي بيشتري از اجرام دور دست آسمان وارد دهانه تلسکوپ و در نقطه کانون آينه اصلي تلسکوپ هم گرا مي شوند و در اين حين از آينه ثانويه به سوي چشمي تلسکوپ هدايت مي شوند. پروهايي که از چشمي تلسکوپ خارج مي شوند، اين بار دسته اي از پرتوهاي موازي اند با پهناي کمتر و در حد چند ميلي متر(به اندازه قطر مردمک چشم انسان) براي آن که بتوانيم پرتو نازک ليزر را با پهناي بيشتري به سوي ماه هدايت کنيم، کافي است از عکس فرايند تلسکوپ ها بهره ببريم، يعني ابتدا پرتو ليزر از جايي که چشم تلسکوپ قرار دارد، وارد تلسکوپ شود و سپس از آينه ثانويه به آينه اصلي بتابد. آينه اصلي تلسکوپ نيز پرتوهاي ليزر را به صورت تقريباً موازي و با پهناي بيشتري به سوي ماه ارسال مي کند. اگر اين عمل را با تلسکوپي به قطر دهانه يک متر انجام دهيم، پرتوهايي که به سطح ماه مي رسند در نهايت پهنايي در حدود 6 متر خواهند داشت. اما توجه کنيد آرايه هاي بازتابنده در سطح ماه هم ابعاد بسيار کوچکي دارند و در مقايسه با فاصله بسيار زياد زمين تا ماه پهناي 6 متري هم چندان کافي نيست. اين درست همان شليک گلوله اي به سوي يک سيبل در فاصله 400 کيلومتري است! به همين سبب هرچند فرآيند ارسال پرتوها ساده است، هدف گيري دقيق دهانه تلسکوپ به سوي آرايه ها کار بسيار سخت و طاقت فرسايي است فراموش نکنيد ماه و زمين نيز هرکدام در فضا جداگانه در حال حرکت اند. درادامه، اعضاي گروه کاري پس از تنظيم دقيق تلسکوپ و برخورد موفق آميز پرتوها به بازتابنده ها، بلافاصله به سراغ تجهيزات ثبت کننده نظير صفحه هاي بسيار حساس عکاسي، فيلترها و تقويت کننده ها براي دريافت سيگنال برگشتي از ماه مي روند.
نکته جالب اين جاست که مشاهده پرتوهاي بازگشتي با چشم برهنه بسيار سخت و عملاً ناممکن است. چرا که حتي در بهترين شرايط جوي نيز فقط يک فوتون در چند ثانيه دريافت مي شود. بد نيست بدانيد پرتوهاي تابيده شده به سوي ماه در هر ثانيه 7^10 فوتون است اما در بازگشت، فقط يک فوتون در چند ثانيه به زمين مي رسد. با وجود اين دريافت همين يک فوتون و ثبت زمان رفت و برگشت آن از زمين به ماه و بالعکس کافي است تا بتوانيم به هدف اصلي، که همان سنجش فاصله زمين تا ماه است برسيم.
در حال حاضر سه دستگاه بازتابنده بر روي سطح ماه قرار دارند که در طي مأموريت هاي آپولو 11، 14 و 15 در نزديکي محل فرود آنها قرار گرفته اند. نخستين آزمايش موفقيت آميز سنجش آزمايش موفقيت آميز سنجش فاصله ي ماه تا زمين در سال 1341/1962 و هنگامي انجام شد که گروهي از موسسه فناوري ماساچوستس(MIT) موفق به رصد و آشکارسازي پالس هاي ليزري بازتاب شده از ماه، با دقتي در حد ميلي ثانيه شدند. از آن روز تاکنون بارها اين سنجش فاصله انجام شده است. امروز از داده هاي به دست آمده از اين سنجش فاصله مي دانيم ميزان شبانه روز زميني به سبب اصطکاک جو، جذر و مد اقيانوس ها و هسته زمين به مقدار يک هزارم ثانيه در سال تغيير مي کند. همچنين توانسته ايم ميزان جابه جايي صحفه پوسته زمين را با دقت خوبي اندازه گيري کنيم و تحت نظر داشته باشيم.
منبع: نجوم، شماره 197.
