Η σκόνη του φεγγαριού κρύβει μια καρδιά που πάλλεται

Από σελίδα New York Times, 14 Μαίου 2002

Μια ακτίνα λέιζερ χρειάζεται μόνο δύομισι δευτερόλεπτα για να πάει από τη Γη στο φεγγάρι και να γυρίσει πάλι πίσω. Αλλά πέρασαν 33 χρόνια για να μπορέσουν να κάνουν τέτοια πειράματα οι επιστήμονες ώστε να γνωρίσουν αυτό, που μπορεί να είναι και το μεγαλύτερο μυστικό του φεγγαριού: Ότι μακριά κάτω από τους παγωμένους κρατήρες του και το βραχώδες τοπίο βρίσκεται μια καρδιά που είναι θερμή και πάλλουσα. Η ανακάλυψη, εάν επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να ωθήσει μια θεωρία που λέει ότι το φεγγάρι γεννήθηκε σαν συνέπεια μιας βίαιας σύγκρουσης μεταξύ της αρχέγονης Γης και ενός γρήγορου κοσμικού ταξιδιώτη, ενός μεγάλου μετεώρου.

Η υποψία ότι μια αρκετά μεγάλη ζώνη λειωμένου βράχου βρίσκεται κρυμμένη κάτω από την απόκρημνη σεληνιακή επιφάνεια προέρχεται από πολλά πειράματα με λέιζερ, που έχουν αυξήσει σταθερά την ακρίβεια από τότε που οι αστροναύτες του Απόλλωνα έβαλαν αρχικά τους ανακλαστήρες για τα λέιζερ στο φεγγάρι το 1969. Για δεκαετίες, οι επιστήμονες έχουν αναλύσει το μετ' επιστροφής χρόνο ταξιδιού των λάμψεων των λέιζερ για να κάνουν όλο και περισσότερο ακριβή μέτρηση της μορφής του φεγγαριού, των ταλαντεύσεων, της απόστασης από τη Γη, και των φυσικών χαρακτηριστικών του.

Πρώτα, οι μετρήσεις ήταν καλές με μια ακρίβεια περίπου 25 εκατοστών, έπειτα 12 εκατοστών και έπειτα 2,5. Σήμερα, ακολουθούν τις αλλαγές λίγο λιγότερο από 2 εκατοστά, και οι μετρήσεις μπορούν να βελτιωθούν ακόμα περισσότερο εάν τα εγκριθούν τα νέα σχέδια για ένα πιό ευαίσθητο παρατηρητήριο λέιζερ.

Οι επιστήμονες του Εργαστηρίου Αεριώθησης στη Πασαντένα της Καλιφόρνια, που ανέλυσαν χρόνια τώρα τις μετρήσεις από τους ανακλαστήρες λέιζερ, πρόσφατα κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η επιφάνεια του φεγγαριού πραγματοποιεί παλμική κίνηση τουλάχιστον 10 εκατοστά, καθώς αλλάζει η έλξη που ασκεί η Γη πάνω της. Αυτή η ελαστικότητα, λένε οι επιστήμονες, δείχνει ότι το εσωτερικό της είναι εύκαμπτο και εν μέρει λειωμένο, εύκαμπτο.

"Δεν είναι απλό να ανακαλύψει κάποιος τι κρύβεται μέσα στο φεγγάρι", λέει ο Δρ James G. Williams, ο οποίος κατευθύνει την έρευνα. "Πρέπει να χρησιμοποιήσουμε έμμεσες μεθόδους. Σε αυτήν την περίπτωση, ήμαστε σε θέση να χρησιμοποιήσουμε τη παλιρροιακή παραμόρφωση."Εάν η Σελήνη αποτελείται από στέρεο βράχο, πρόσθεσε, η διόγκωση θα ήταν λιγότερο έντονη αλλά και δύσκολα ανιχνεύσιμη.

"Οι αβεβαιότητες στο καθορισμό της καρδιάς της Σελήνης, είναι αρκετά μεγάλες," είπε ο Δρ Williams σε μια συνέντευξη, προσθέτοντας ότι το εύρημα της ομάδας του για μια εύπλαστη και λειωμένη καρδιά έχει μια καλή πιθανότητα για επιβεβαίωση στα προσεχή έτη.

Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η μεγαλύτερη ακρίβεια, σε όλες τις μετρήσεις, θα βοηθήσει να εξηγηθεί η μυστήρια εξωτερική επιτάχυνση του σύμπαντος.

"Είναι συναρπαστικό," λέει ο Δρ Thomas W. Murphy Junior, ένας φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, που αναφέρεται στα σχέδια για ένα νέο παρατηρητήριο λέιζερ για να γίνουν τέτοιες μετρήσεις. "Η ίδια δύναμη που είναι αρμόδια για την επιτάχυνση της διαστολής του σύμπαντος μπορεί να παρουσιαστεί και στο σύστημα Γη-Σελήνης".

Οι ανακλαστήρες της Σελήνης

Οι ανακλαστήρες λέιζερ είναι τα τελευταία απομεινάρια των αποστολών του Απόλλωνα, που έστειλαν μια δωδεκάδα Αμερικανών στο φεγγάρι από το 1969 ως το 1972. Αντίθετα από άλλα επιστημονικά πειράματα που έχουν αφεθεί εκεί, οι ανακλαστήρες δεν απαιτούν καμία ενέργεια και λειτουργούν ακόμα δεκαετίες μετά από την τοποθέτησή τους.

Οι ανακλαστήρες φτιάχθηκαν κατά τη διάρκεια της αποστολής του Απόλλωνα 11, τον Ιούλιο του 1969, Απόλλωνα 14 τον Φεβρουάριο του 1971 και του Απόλλωνα 15 τον Ιούλιο του 1971. Σε μια μη επηνδρωμένη πτήση, οι Σοβιετικοί οργάνωσαν τις μονάδες που φτιάχθηκαν από τους Γάλλους τον Νοέμβριο του 1970 και τον Ιανουάριο του 1973, αν και η δοκιμή έδειξε ότι η πρώτη μονάδα απέτυχε, προφανώς δεν τοποθετήθηκε σε κατάλληλη ευθυγράμμιση με τη Γη.

Κάθε ανακλαστήρας είναι υαλώδες από κύβους πυριτίου λίγο περισσότερο από 2,5 εκατοστά σε πλάτος. Οι κύβοι κόπηκαν και γυαλίστηκαν για να ανακλούν την ακτίνα του φωτός κατευθείαν προς τα πίσω, προς το σημείο της προέλευσής της.

Οι ακτίνες λέιζερ είναι ο μόνος τρόπος για να ανακλαστεί το φως από το φεγγάρι, επειδή είναι η μόνη ακτινοβολία που μπορεί να είναι συγκεντρωτική κατά τη διάρκεια του ταξιδιού της, περίπου 700.000 km πήγαινε έλα. Ακόμα κι έτσι, η ακτίνα ανοίγει αργά έτσι ώστε στο φεγγάρι φθάνει να έχει εύρος περισσότερα από 7 χιλ. και 21 περίπου χιλιόμετρα εύρος στην επιστροφή της στη Γη. Επειδή είναι τόσο ασθενή τα σήματα επιστροφής, οι ανιχνευτές πρέπει να είναι εξαιρετικά ευαίσθητοι, ακόμα κι αν σχετικά μικροί.

Ένα μεγάλο τηλεσκόπιο στέλνει ριπές φωτός και επίσης τα λαμβάνει. Στη φάση που μεταβιβάζεται το σήμα, το τηλεσκόπιο παίρνει τη συγκεντρωμένη ακτίνα λέιζερ, την εστιάζει και την στέλνει προς έναν καθορισμένο ανακλαστήρα πάνω στο φεγγάρι. Κατόπιν, μεταξύ 2.2 δευτερολέπτων έως 2.7 δευτερολέπτων αργότερα, ανάλογα με το άν το φεγγάρι βρίσκειαι ψηλά ή κοντά στον ορίζοντα, το τηλεσκόπιο προσπαθεί να συλλέξει το σήμα επιστροφής.

Από τις ημέρες του Απόλλωνα, η βασική αμερικανική περιοχή των πειραμάτων με λέιζερ για την κύμανση της Σελήνης, είναι το παρατηρητήριο McDonald του Πανεπιστημίου του Τέξας. Τοποθετημένα στα Όρη Νταίηβις 800 km δυτικά του Ώστιν, το παρατηρητήριο χρησιμοποιεί σήμερα ένα ανακλαστικό τηλεσκόπιο του οποίου ο βασικός καθρέφτης είναι πλάτους 75 cm και ένα λέιζερ που στέλνει σύντομες ριπές ακτίνων, ισχύος μέχρι ένα δισεκατομμύριο Watt.

Θεωρητικά, η λάμψη θα μπορούσε να τυφλώσει τους ανθρώπους.

"Έχουμε ένα ραντάρ," είπε ο Δρ Jerry R. Wiant, ένας μηχανικός που έχει κάνει το σεληνιακό λέιζερ που στέλνει τα σήματα στο παρατηρητήριο McDonald για 32 έτη. "Εάν βρεί ένα αεροπλάνο, κλείνει αυτόματα το σύστημα".

Πρόσθεσε δε ότι, καιρού επιτρέποντος, το παρατηρητήριο στέλνει ακτίνες λέιζερ στο φεγγάρι μέχρι 20 ημέρες μηνιαίως. "Όταν είναι ένα γεμάτο φεγγάρι είναι πάρα πολύ φωτεινό," είπε, προσθέτοντας ότι το φως του φεγγαριού σε εκείνη την περίπτωση θα κατέκλυζε τους ανιχνευτές.

Ο Δρ Wiant είπε ότι το σύστημα του Τέξας έχει βελτιωθεί κατά τη διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών, καθώς το σύστημα λέιζέρ του, οπτική, ψύκτες, ανιχνευτές, υπολογιστές, φίλτρα και οι συσκευές συγχρονισμού έχουν αυξήσει την ακρίβεια τους σιγά-σιγά. Πρόσθεσε δε ότι είχε βοηθήσει πρόσφατα ο Δρ Murphy του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον για να κάνει λεπτομερή σχέδιά για ένα νέο παρατηρητήριο λέιζερ.

Το παρατηρητήριο McDonald έχει διαδραματίσει κυρίαρχο ρόλο στην αποκάλυψη των εσωτερικών μυστικών του φεγγαριού, η δε εργασία του για την παλμική κίνηση συμπληρώνεται από αυτήν ενός παρατηρητήριου στη Γαλλία.

Από τις ημέρες του Απόλλωνα, οι επιστήμονες έχουν υποψιαστεί ότι ο πιό στενός γείτονας της Γης, μπορεί να έχει ένα πυρήνας ή μια ζώνη από λειωμένο βράχο. Τα βασικά αρχικά στοιχεία προήλθαν όχι από τα λέιζερ αλλά από τα σεισμόμετρα, που ανίχνευσαν τους ασθενείς σεισμούς που δημιουργούνται σε βάθη 800 έως 900 km, περίπου στα μισά του δρόμου, ως το κέντρο του φεγγαριού.

Αλλά τα σεισμόμετρα, που τοποθετήθηκαν από τους αστροναύτες, έμειναν τελικά από ισχύ και το μυστήριο καθυστέρησε. Επιπλέον, εάν ένας πυρήνας στην πραγματικότητα υπήρξε, ήταν ασαφής εάν ήταν στερεός ή λειωμένος.

Οι επιστήμονες σκέπτονταν συνεχώς αυτό το θέμα επειδή το ζήτημα αυτό αφορούσε έντονα την προέλευση της Σελήνης. Ένας λειωμένος μεταλλικός πυρήνας θεωρήθηκε ότι υποστηρίζει την ιδέα ότι ένας κοσμικό μετέωρο και η Γη στις πρώτες στιγμές της, συγκρούστηκαν για να παραγάγουν ένα δακτύλιο με τα συντρίμμια που συγχωνεύτηκε (ο δακτύλιος) για να σχηματίσει το φεγγάρι. Μια εναλλακτική θεωρία θέλει μια γρήγορα περιστρεφόμενη, βρεφική, ενιαία Γη, που λόγω περιστροφής διασπάστηκε σε δύο τμήματα, τη Γη και το φεγγάρι.

Σήμερα, τα όλο και περισσότερο ακριβή λέιζερ έχουν βάλει τους επιστήμονες πιό κοντά σε μια σταθερή απάντηση στο θέμα του πυρήνα. Οι ανακαλύψεις που γίνονται από το λέιζερ για την παλμική κίνηση περιλαμβάνουν όχι μόνο τους μεγάλους αριθμούς Love (μια ακολουθία αριθμών) αλλά εκπληκτικές διαταραχές στην τροχιά του φεγγαριού.

Ο Δρ Williams και τέσσερις συνάδελφοι του στο Εργαστηρίου Αεριώθησης εξέθεσαν στις 25 Νοεμβρίου 2001, στο περιοδικό της Γεωφυσικής Έρευνας ότι η ανάλυση των ταλαντεύσεων δείχνει την παρουσία ενός μικρού λειωμένου πυρήνα με μια ακτίνα μέχρι 230 μίλια.

Πιό πρόσφατα, η έρευνα της ομάδας έδειξε ότι όχι μόνο υπάρχει προφανώς ένας μικρός λειωμένος πυρήνας, αλλά ένα μεγάλο στρώμα εν μέρει λειωμένου βράχου γύρω από αυτόν. Ο Δρ Williams και οι συνάδελφοί του λένε, είναι η καλύτερη εξήγηση για την περιοδική διόγκωση της επιφάνειας του φεγγαριού. Ο ίδιος ο πυρήνας, ακόμα κι αν είναι λειωμένος, λένε, είναι πάρα πολύ μικρός για να δημιουργήσει την εξωτερική ελαστικότητα του φεγγαριού.

Οι άνοδοι των τεσσάρων ιντσών, είπε ο Δρ Williams σε μια συνέντευξη, εμφανίζονται σε κύκλους 27 ημερών -- ο χρόνος που κάνει το φεγγάρι για να κάνει μια πλήρη τροχιά γύρω από τη Γη, γνωστός ως αστρικός μήνας. Αντίθετα, η χρονική περίοδος από το ένα νέο φεγγάρι στο επόμενο, ή συνοδικός μήνας, είναι 29 ημέρες.

Οι βαρυτικές έλξεις στο φεγγάρι τείνουν να είναι μέγιστες -- και η διόγκωση μέγιστη -- όταν κινείται πιό κοντά προς τη Γη,  είπαν οι επιστήμονες. Η τροχιά του φεγγαριού είναι ελαφρώς ελλειπτική. Κατά τη διάρκεια των 27 ημερών, κινείται κοντύτερα και μακρύτερα, αν και αυτές οι αλλαγές είναι αρκετά μικρές και οι περισσότεροι θαυμαστές του νυχτερινού ουρανού δεν θα τις παρατηρούσαν ποτέ.

Ο Δρ Williams είπε ότι οι υπαινιγμοί ενός αρκετά μεγάλου λειωμένου σεληνιακού εσωτερικού είχαν προταθεί ανεξάρτητα από το σεληνιακό διαστημικό σκάφος Lunar Prospector της NASA, το οποίο κόστισε 63 εκατομμύρια δολλάρια και χαρτογράφησε πρόσφατα το πεδίο βαρύτητας του φεγγαριού.

Νέο τηλεσκόπιο για έλεγχο της θεωρίας του Αϊνστάιν

Ο Δρ Murphy του Πανεπιστημίου της Ουάσιγκτον, έχει σαν όνειρό να χτίσει ένα παρατηρητήριο λέιζερ που είναι ακριβέστερο από αυτά στο Τέξας και τη Γαλλία.

Η επιλεγμένη περιοχή του είναι το σημείο Apache, ένα βουνό στο Νότιο New Mexico σχεδόν 3500 μέτρα ύψος. Πολλά τηλεσκόπια συσσωρεύουν ήδη τις κορυφογραμμές του. Το σχέδιό του είναι να προσαρμόσει το μεγαλύτερο, του οποίου ο αρχικός καθρέφτης 138-ινστών είναι τεράστιος έναντι των 30-ιντσών του Τέξας και πολλές φορές καλύτερος στη συλλογή του φωτός.

Τότε το μεγάλο τηλεσκόπιο θα είναι σε θέση να κάνει τις κυμαινόμενες μετρήσεις με λέιζερ στο πλήρες φως της ημέρας και μάλιστα με γεμάτο φεγγάρι. Κατά συνέπεια, ο Δρ Murphy και οι συνάδελφοί του έγραψαν, ότι θα μπορούσαν  " να ελέγχουν πλήρως το σεληνιακό κύκλο".  Θα μετρούσαν επίσης τις αποστάσεις μεταξύ της Γης και του φεγγαριού με αξιοπρόσεκτη ακρίβεια -- στην περιοχή χιλιοστομέτρων αντι εκατοστών.

Ένας σημαντικός στόχος, είπε ο Δρ Murphy, είναι να εξεταστεί η θεωρία του Einstein της Γενικής Σχετικότητας στην πιό αυστηρή δοκιμή της, για βελτιωθεί έτσι η κατανόηση της φύσης της βαρύτητας. Εάν το νέο παρατηρητήριο βρεί λεπτές παραβιάσεις των προβλέψεων της θεωρίας του Einstein, τα συμπεράσματα θα μπορούσαν να υποστηρίξουν εναλλακτικές ιδέες και να βοηθήσουν να εξηγηθεί γιατί το Σύμπαν επιταχύνεται.

Τα τελευταία χρόνια, οι αστρονόμοι γίνονται όλο και περισσότερο πεπεισμένοι ότι οι γαλαξίες στα τελευταία πέντε ή έξι   δισεκατομμύρια έτη έχουν επιταχύνει την διαστολή τους — σαν κάποια μυστήρια απωθητική δύναμη αντίθετη προς τη βαρύτητα τους ωθεί να απομακρύνονται προς τα έξω.

Θεωρητικά, το νέο παρατηρητήριο θα μπορούσε να ερευνήσει αυτήν την διαστολή με το να αφήσει τους επιστήμονες να ψάξουν τα τοπικά αποτελέσματα στο ηλιακό σύστημα. Παραδείγματος χάριν, θα μπορούσε να δει εάν το βαρυτικό πεδίο του ήλιου αναγκάζει τη Γη και το φεγγάρι να διαστέλλονται με επιτάχυνση διαφορετικά με μικροσκοπικούς τρόπους.

"Είναι όπως το πείραμα του Γαλιλαίου για την ελεύθερη πτώση", είπε ο Δρ Murphy. "Αντί μιας σφαίρας και ενός φτερού, ρίχνουμε τη γη και το φεγγάρι προς τον ήλιο όλη την ώρα, και θα έχουμε την ευκαιρία να μετρήσουμε πολύ προσεκτικά την απόσταση μεταξύ τους για να δούμε εάν υπάρχουν οποιεσδήποτε διαφορές στην ταχύτητα".

Τέτοια πειράματα με τους ανακλαστήρες στο φεγγάρι, είπε, θα έδιναν νέα ζωή στο πεδίο της φυσικής της βαρύτητας και θα παρείχαν δεκάδες νέων προκλήσεων για το λέιζερ που μετρά την διακύμανση.