La misteriosa degradación de las matrices de reflectores de Apolo

Los experimentos de alcance láser lunar han producido un tesoro de información interesante sobre la Luna, por ejemplo, que se aleja en espiral de nosotros a una velocidad de 38 mm por año.

Los experimentos son sencillos. Los astrónomos disparan un pulso láser a un reflector colocado en la superficie lunar por la misión Apolo 15 y luego usan un telescopio para buscar el reflejo, unos 2 segundos más tarde.

Las observaciones son desafiantes. De los 10 ^ 17 fotones que se dirigen hacia la Luna en cada pulso, solo uno regresa, en promedio. Y solo entonces si las condiciones de visibilidad son buenas.

Cuando las condiciones son buenas, los astrónomos a menudo apuntan a las matrices dejadas por las misiones Apolo 11 y 14, que son solo un tercio del tamaño de las del Apolo 15 y, por lo tanto, más difíciles de ver. Si los observadores se sienten afortunados, también pueden probar con la matriz rusa Lunakhod 2 (la matriz Lunakhod 1 no se ha visto desde 1971).

Con todo, los astrónomos han estado tomando observaciones desde 1969, primero desde el Observatorio MacDonald en el oeste de Texas y luego desde el Observatorio Apache Point en Nuevo México. Esto les proporciona una base de datos sustancial con la que analizar el comportamiento de los reflectores.

Entonces, ¿cómo les ha ido a estos reflectores en las duras condiciones de la superficie lunar a lo largo de los años? Esa es la pregunta que abordaron hoy Tom Murphy de la Universidad de California en San Diego y algunos amigos. Y su análisis plantea un problema interesante.

En primer lugar, dicen que la eficiencia de las tres matrices de reflectores de Apolo se ha reducido en un orden de magnitud durante su estancia en la Luna. Al reflector Lunakhod le ha ido aún peor. Cuando llegó a la luna en 1973, su señal era un 25% más fuerte que la del Apolo 15. Hoy es diez veces peor.

¿Qué pasó con este equipo?

Los reflectores consisten en una serie de prismas cúbicos que operan por reflexión interna total. Además, los prismas Lunakhod tienen superficies plateadas y están más expuestos. La degradación de este plateado probablemente explica su relativa caída en el rendimiento.

Pero, ¿qué ha provocado la degradación de los prismas de Apolo? Cualquier cosa que se asiente o dañe las superficies ópticas de los prismas reducirá la eficiencia de los reflejos internos totales. Murphy y sus colegas discuten varias posibilidades, como el daño de los micrometeoritos, la agregación de polvo lunar y la ruptura de los anillos de montaje de teflón que pueden haber dejado depósitos en la superficie posterior de los prismas.

Cualquiera de estos mecanismos podría explicar la caída, pero es difícil precisar uno.

Sin embargo, hay otro acertijo más intrigante sobre los datos de rango láser. Cuando la Luna está llena, la eficiencia de todos los reflectores del Apolo se reduce en otro factor de diez. Murphy y compañía han descartado efectos terrestres como la saturación de sus detectores de fotones cuando la luna brilla.

Entonces, ¿por qué pasa ésto? Una pista proviene del estudio de los retornos durante los eclipses lunares totales. Dentro de los 15 minutos posteriores a la ocurrencia de un eclipse, la eficiencia de los reflectores vuelve a sus niveles normales. Cuando termina el eclipse y la Luna vuelve a estar llena, la eficiencia vuelve a bajar inmediatamente.

Eso apunta fuertemente a un efecto térmico. Cuando el Sol está bajo en el cielo lunar, sus rayos no pueden entrar directamente en los prismas que están empotrados en las matrices. Pero cuando el Sol está arriba (que es cuando la Luna parece llena en la Tierra), sus rayos viajan directamente hacia los prismas. Probablemente esto esté calentando los prismas, distorsionándolos y reduciendo la eficiencia de sus reflejos.

¿Pero por qué ahora? El efecto de luna llena no fue un problema en los primeros días del rango lunar.

El polvo es quizás el candidato más probable para la degradación observada, dicen Murphy y compañía. Es probable que la luz solar sea absorbida por el polvo de las superficies ópticas, lo que a su vez calienta los prismas de sílice.

Se sabe que el polvo se cierne sobre la superficie lunar debido a las fuerzas electrostáticas y los impactos de micrometeoritos probablemente envían algunas bocanadas a la atmósfera lunar de forma regular.

Trabajo interesante. Y uno que es de interés más que pasajero para muchos astrónomos porque tiene implicaciones para cualquiera que esté pensando en enviar equipo a la Luna en el futuro. Varios astrónomos quieren enviar telescopios a la Luna, particularmente al lado lejano debido a las tremendas condiciones de visibilidad que hay allí y su aislamiento de la Tierra. Saber cómo le ha ido al equipo Apollo será crucial a la hora de diseñar este material.

Ref: arxiv.org/abs/1003.0713 : Degradación a largo plazo de los dispositivos ópticos en la Luna

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