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El espejo retrovisor de la historia

El 20 de julio de 1969, a las 20:17 hora UTC, el "Eagle" del Apolo 11 aterrizó de forma segura en la luna. Los astronautas aterrizaron por primera vez en la luna y también instalaron el primer reflector especial en la superficie lunar. Nadie pensó en ese momento cuánto duraría este espejo en particular. Se trata de un dispositivo de unos 60 centímetros de ancho y contiene 100 prismas. Se llama Conjunto de reflectores de alcance láser lunar.

En 1971, los Apolo 14 y Apolo 15 también instalaron este reflector especial en la superficie lunar. Otro espejo de fabricación francesa se instaló en el vehículo lunar soviético Lunokhod 2, que alunizó en 1973. Antes de 1970, también se instalaron reflectores en la misión Lunar 17 de la Unión Soviética. En otras palabras, los humanos han dejado cinco espejos en la luna.

Se trata de un equipo clave que permite a los científicos medir la distancia entre nuestro planeta y sus satélites con una precisión sin precedentes. Este experimento no sólo es muy importante para probar la teoría general de la relatividad y comprender el sutil bamboleo de la Luna mientras gira alrededor de su propio eje, sino que sus principios de operación y cálculo también son muy simples y prácticos en comparación con la enorme complejidad de todo el proceso. misión.

En 1963, James Ferrer se unió al Laboratorio de Astrofísica establecido conjuntamente por la Oficina Nacional de Estándares y la Universidad de Colorado en Boulder. Como estudiante de posgrado en la Universidad de Princeton, escribió un artículo a finales de la década de 1950 titulado "El módulo lunar planificado: reflectores de esquina en la Luna". Su visión es desplegar un reflector duradero que pese sólo entre 2 y 3 libras en la Luna y apuntar un rayo de luz desde la Tierra hacia el reflector. El instrumento detectará la luz láser y la reflejará de regreso a la Tierra. El artículo escribe que calculando el tiempo que tarda la luz en viajar de la Tierra a la Luna y de regreso a la Tierra, se puede medir con precisión la distancia entre la Tierra y la Luna.

Menos de diez años después, el mundo entero sabrá cuán reveladora y profética fue la idea original de FALLER. Él y sus colegas establecieron un equipo de exploración lunar para explorar la viabilidad de instalar reflectores en la Luna. No había garantía de que el experimento realmente funcionara y otros equipos competían por ser seleccionados para el histórico viaje espacial de Apolo.

En teoría, un reflector cúbico en ángulo podría funcionar, pero siempre tendría que apuntar exactamente al origen de la luz entrante para que el haz pueda reflejarse directamente hacia la fuente y lograr una sincronización precisa. Sin embargo, dado que la Luna gira sobre su propio eje y sobre la Tierra, esta alineación perfecta sólo ocurre en raras ocasiones. Incluso en este caso, pequeños errores de orientación pueden hacer que la luz regrese a una ubicación diferente. El espejo diseñado por FALLER constará de tres espejos dispuestos exactamente en ángulo recto entre sí, como las esquinas interiores de una caja de cartón. Este diseño obliga a la luz incidente a rebotar en tres superficies y las leyes de la óptica garantizan que siempre rebote directamente hacia la fuente de luz. Al final, el diseño de Farrar fue seleccionado como propuesta final de la NASA.

Funciona como un observatorio. Normalmente, el Observatorio McDonald de Texas dispara rayos láser a la Luna. A pesar de cierta dispersión, el rayo láser permanece perfectamente enfocado a largas distancias. Cuando el haz de luz se refleja hacia la Tierra desde el espejo, su diámetro se ha expandido a 20 kilómetros y esta dispersión del haz dificulta la observación del reflejo. Actualmente, la operación de alcance láser lunar Apollo en el Observatorio Apache Point, ubicado a 10 millas al sureste de Alamodo, Nuevo México, mide cinco conjuntos de retrorreflectores por hora, un promedio de seis por mes.

El reflector en sí no requiere ningún soporte energético, por lo que sigue funcionando décadas después de que otros instrumentos en la luna dejaran de funcionar. Según el Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, el instrumento consta de 65.438+000 prismas cúbicos (también conocidos como semicubos de sílice fundida) colocados sobre una placa de aluminio cuadrada de 46 cm. Debido a la forma de estas esquinas del cubo, cualquier rayo láser dirigido a ellas reflejará la luz directamente hacia atrás. Con el paso de los años, las mediciones de la distancia entre la Tierra y la Luna se han vuelto más precisas debido a la disponibilidad de mejores láseres y equipos informáticos.

Una vez que el rayo láser incide en el reflector, los científicos del observatorio utilizarán equipos sensibles de filtrado y amplificación para detectar cualquier señal que regrese. La luz reflejada es demasiado débil para ser vista por el ojo humano, pero en buenas condiciones, cada pocos segundos se capta un fotón, la partícula fundamental de la luz.

Para recibir esta débil señal, se necesitan más de varias horas de observación.

Al promediar estas señales, los investigadores pueden calcular la distancia a la luna con una precisión de menos de 2 centímetros. Consideremos que la distancia media de la Tierra a la Luna es de 384.400 kilómetros, lo que supone unas 30 veces el diámetro de la Tierra. La distancia entre la Tierra y la Luna es tan grande que los astronautas del Apolo tardaron tres días en llegar allí, por lo que el margen de error es bastante pequeño.

Después de que los investigadores recopilaron 50 años de datos enviando láseres a reflectores lunares, los físicos ahora han determinado que la Luna se aleja de la Tierra en espiral a un ritmo de 3,8 centímetros por año. Cuando Armstrong y Aldrin colocaron el primer conjunto de reflectores en la luna, también se convirtieron en los primeros topógrafos en trabajar en la superficie lunar.

Si bien el experimento es mejor conocido por sus mediciones de distancia a la Luna, los investigadores también pueden usar los datos para demostrar que la Luna tiene un núcleo fluido. El tiempo de ida y vuelta del láser proporciona evidencia que respalda la teoría de la relatividad general de Einstein. La teoría sostiene que, hasta cierto punto, la velocidad de la luz en el vacío es independiente del movimiento de cualquier observador. Los experimentos también demostraron que la constante gravitacional de Isaac Newton era extremadamente constante y cambió menos de una fracción del tiempo entre 1969 y 2004, según la NASA.