Lunar Laser Ranging Experiment การทดลองที่ไม่ได้มีไว้แค่วัดระยะทาง ตอนที่ (1)

Lunar Laser Ranging Experiment หรือ LLRE คือ การทดลองที่นำ Retroreflector ไปวางไว้บนผิวดวงจันทร์จากนั้นก็ยิงแสงเลเซอร์จากโลกไปลงบนกระจกที่วางไว้บนดวงจันทร์เพื่อให้มันสะท้อนกลับมายังโลก จากนั้นก็วัดระยะเวลาที่แสงเดินทางจากโลกไปดวงจันทร์แล้วกลับมายังโลก

ซึ่งการทดลองวัดแสงเลเซอร์ที่ยิงไปบนดวงจันทร์และสะท้อนจากพื้นผิวของดวงจันทร์กลับมายังโลกเริ่มต้นทดลองโดย Massachusetts Institute of Technology (MIT) ในปี 1962 ก่อน Apollo 11 ประมาณ 7 ปี ต่อมาเมื่อ Apollo 11 นำนักบินอวกาศลงจอดดวงจันทร์ได้สำเร็จ นักบินก็ได้มีการนำ “กระจก” สะท้อนแสงที่เรียกว่า Retroreflector ไปวางไว้บนพื้นผิวของดวงจันทร์ด้วยเพื่อใช้ในการวัดระยะทางการเดินทางของแสงจากโลกไปดวงจันทร์และกลับมา

Retroreflector มี Concept ง่าย ๆ คือทำยังไงก็ได้ให้แสงที่ยิงมามันสะท้อนกลับไปทางเดิมให้ได้มากที่สุด มาทางไหนกลับทางนั้น Retroreflector ต่างจากกระจกสะท้อนแสงทั่วไปบนโลกตรงที่ Retroreflector จะสะท้อนแสงด้วยอัตราการกระเจิงของแสงที่น้อยกว่ากระจกทั่วไป และยังมีมุมสะท้อนกลับโลก “Angle of incidence” ที่กว้างกว่าและแน่นอนในการสะท้อนแสงกลับ ไม่เหมือนกระจกสะท้อนแสงทั่วไปที่ตกกระทบที่มุมเท่าไหร่ก็สะท้อนกลับไปเท่านั้น ซึ่งที่เราต้องใช้ Retroreflector แทนกระจกธรรมดาบนดวงจันทร์เป็นเพราะว่าเมื่อเรายิงลำแสงมาจากโลก มันจะมีโอกาสที่แสงอาจจะไม่ได้ยิงลำแสงลงมาที่กระจกแบบตั้งฉาก 90 องศาพอดีแต่อาจจะเอียงไปไม่ด้านใดก็ด้านหนึ่ง ซึ่งถ้าเป็นกระจกทั่วไป หากลำแสงตกกระทบมุมเท่าไหร่ก็จะสะท้อนกลับไปเท่านั้น ถ้าเป็นแบบนั้นแสงที่สะท้อนก็จะสะท้อนไปที่อื่นที่ไม่ใช่สถานีรับแสง การใช้ Retroreflector จึงเป็นการเผื่อ ว่าหากมุมตกกระทบแสงคลาดเคลื่อนไปด้วยปัจจัยอย่างอื่นอย่างเช่นตำแหน่งของดวงจันทร์คาบการโคจรของดวงจันทร์และโลก แสงก็ยังคงสะท้อนกลับมาที่มุมเท่าเดิมได้เพื่อสะท้อนกลับไปยังสถานีที่ยิงแสงมา

นอกจากนี้กระจกอันล่าสุดที่ Apollo 15 เอาไปวางยังมีขนาดใหญ่กว่าเดิมอีกด้วย และ Retroreflector จริง ๆ แล้วก็เป็นสิ่งของที่เราน่าจะเห็นในชีวิตประจำวันตลอดโดยเฉพาะบนถนน

Retroreflector ถูกนำไปใช้ในป้ายตามทางต่าง ๆ และบนถนน รวมถึงบนยานพาหนะต่าง ๆ อีกด้วย เช่น แผ่นสะท้อนแสงที่ติดบนจักรยานก็เป็น Retroreflector เช่นกัน

หลักการคำนวณง่าย ๆ ก็คือ "ระยะทาง = (ความเร็วแสง x ระยะเวลาสะท้อนแสง) / 2"

ซึ่งเป็นการหาระยะทางจากโลกไปดวงจันทร์ ซึ่งผลการคำนวณจะต้องไปคำนวณร่วมกับปัจจัยอื่น ๆ อีก อย่างเช่นตำแหน่งของโลกและดวงจันทร์ การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของดวงจันทร์และโลก, การแกว่งของดวงจันทร์ (Lunar Libration), การหมุนรอบตัวเองของโลกหรือแม้แต่สภาพอากาศบนโลกก็มีผลทำให้ระยะทางจากโลกไปดวงจันทร์ที่คำนวณได้เปลี่ยนไปทุกครั้งที่ทำการวัด โดยค่าเฉลี่ยจะอยู่ที่ประมาณ 385,000 กิโลเมตร

การทำ Lunar Laser Ranging Experiment อาศัยการยิงลำแสงเลเซอร์จากสถานีบนโลกไปที่กระจก Retroreflector บนผิวดวงจันทร์ซึ่งแสงที่สะท้อนกลับมาจะอ่อนมากจนไม่สามารถเห็นด้วยตาเปล่าได้ ซึ่งแสงที่ยิ่งออกไป 10 กำลัง 7 โฟตอน หรือประมาณ 10 ล้านโฟตอน จะมีเพียงโฟตอนอันเดียวเท่านั้นที่สะท้อนกลับมาถึงตัวรับโฟตอนบนโลก นอกนั้นถูกสภาพแวดล้อมต่าง ๆ ทั้งบนโลก บนดวงจันทร์และในอวกาศถูกดูดซึมไปหรือไม่ก็กระเจิงออกไประหว่างการเดินทางนั่นเอง โดยเลเซอร์ที่ยิงออกไปซึ่งอาจมีขนาดเพียงแค่ไม่กี่เมตรเมื่อไปถึงดวงจันทร์ มันอาจจะกระเจิงออกไปแล้วกว่า 2 กิโลเมตรนั่นหมายความว่าโฟตอนที่ยิงไป จะมีเพียงไม่กี่อันที่ตกกระทบกระจกสะท้อนแสงและขากลับมันก็มีสิทธิ์ที่มันจะกระเจิงออกไปทางอื่นอีกเหมือนกันทำให้มีโอกาสเพียงแค่ 1 ใน 250 ล้านเท่านั้นที่โฟตอนที่ยิงไปจะถูกสะท้อนกลับมาที่ที่มันมาเป๊ะ ๆ

เบื้องต้นการทดลอง Lunar Ranging Experiment ทำให้เราได้ข้อมูลที่มีประโยชน์ต่อการศึกษาต่อเป็นอย่างมาก โดยอย่างแรกคือเราทราบระยะทางที่แน่นอนจากดวงจันทร์ไปโลก แต่การทดลอง Lunar Ranging Experiment ไม่ได้จบที่แค่การวัดระยะทาง เพราะว่านักวิทยาศาสตร์ก็ยังคงติดตามข้อมูลของการวัดระยะทางอยู่เรื่อย ๆ และยังค้นพบอะไรใหม่ ๆ อย่างต่อเนื่อง

- อ่านต่อได้ในตอน Lunar Laser Ranging Experiment การทดลองที่ไม่ได้มีไว้แค่วัดระยะทาง ตอนที่ (2)

(ผมจะอัพให้พรุ่งนี้นะครับ)


อ้างอิง
Laser Beams Reflected Between Earth and Moon Boost Science จาก www.nasa.gov
แก้ไขข้อความเมื่อ
แสดงความคิดเห็น
Preview
อ่านกระทู้อื่นที่พูดคุยเกี่ยวกับ  อวกาศ องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA)
โปรดศึกษาและยอมรับนโยบายข้อมูลส่วนบุคคลก่อนเริ่มใช้งาน อ่านเพิ่มเติมได้ที่นี่