Радиолокация Луны и планет
Еще в 1928 году, когда большинство радиолюбителей пользовались примитивными детекторными приемниками, советские ученые Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси рассматривали вопрос о посылке радиосигнала на Луну и приеме на Земле радиоэха. Тогда это была только смелая мечта, далеко опережавшая действительность. Но такова характерная черта больших ученых — их мысль опережает факты и видит то, что становится реальностью лишь в будущем.
В годы второй мировой войны Л.И. Мандельштам и Н.Д. Папалекси снова вернулись к занимавшей их идее. Теперь настали другие времена. Радиолокация прочно вошла в практику военной жизни, и радиолокаторы уверенно нащупывали невидимые цели.
Советские ученые на основе новых данных подсчитали, какова должна быть мощность радиолокатора и другие его качества, чтобы с его помощью можно было осуществить радиолокацию Луны. Научная ценность такого эксперимента была вне сомнений. Ведь до сих пор, чтобы определить расстояние до Луны, приходилось наблюдать ее положение среди звезд одновременно из двух достаточно удаленных друг от друга обсерваторий. Радиолокация решила бы ту же задачу при наблюдениях из одного пункта. Учитывая быстрый прогресс радиотехники, можно было ожидать, что радиолокационные измерения астрономических расстояний дадут результаты гораздо более точные, чем те, которые были получены в прошлом.
Трудности, однако, оказались огромными. Расчеты показали, что при прочих равных условиях мощность отраженного сигнала убывает обратно пропорционально четвертой степени расстояния до цели. Получалось, что лунный радиолокатор должен обладать примерно в тысячу раз большей чувствительностью, чем обычная радиолокационная станция береговой обороны, обнаруживавшая в те годы самолет неприятеля с расстояния в двести километров.
И все же проект казался довольно убедительным, и уверенность его авторов в успехе вскоре была оправдана фактами.
В начале 1946 года почти одновременно, но с различными установками, венгерские и американские радиофизики осуществили радиолокацию Луны.
На Луну посылались мощные импульсы радиоволн длиной 2,7 м. Каждый импульс имел продолжительность 0,25 секунды, причем пауза между импульсами составляла 4 секунды. Антенна радиолокатора была еще весьма несовершенна: она могла поворачиваться только вокруг вертикальной оси. Поэтому исследования велись лишь при восходе или заходе Луны, когда последняя находилась вблизи горизонта.
Приемное устройство радиолокатора уверенно зафиксировало слабый отраженный сигнал, лунное радиоэхо.
Путь до Луны и обратно радиоволны совершили всего за 2,6 сек, что, впрочем, при их невообразимо большой скорости не должно вызывать удивления. Точность этого первого радиоизмерения из-за несовершенства аппаратуры была еще очень низка, но все же совпадение с известными ранее данными было весьма хорошее.
Позже радиолокация Луны была повторена на многих обсерваториях, и с каждым разом со все большей точностью и, конечно, с большей легкостью.
Большие возможности радиолокации обнаружились при наблюдении так называемой либрации Луны. Под этим термином астрономы понимают своеобразные «покачивания» лунного шара, вызванные отчасти геометрическими причинами (условиями видимости), отчасти причинами физического характера. Благодаря либрации земной наблюдатель видит не половину, а около 60% лунного шара. Значит, либрация позволяет нам иногда «заглядывать» за край видимого лунного диска и наблюдать пограничные районы обратной стороны Луны.
При «покачивании», или либрации, Луны один ее край приближается к наблюдателю, а другой удаляется. Скорость этого движения очень мала — порядка 1 м/сек, что меньше даже скорости пешехода. Но радиолокатор способен, оказывается, обнаружить и такие смещения.
Радиолокатор посылает на Луну волны определенной длины. Естественно, что и отраженный радиосигнал будет обладать той же длиной волны. Можно сказать, что радиоспектр отраженного сигнала представляет собой одну определенную «радиолинию».
Если бы Луна не «покачивалась» относительно земного наблюдателя, радиоспектры посланного и отраженного импульса были бы совершенно одинаковы. На самом же деле разница, хотя и небольшая, все же есть. Радиоволна, отразившись от того края Луны, который приближается к земному наблюдателю, по принципу Доплера будет иметь несколько большую частоту и, следовательно, меньшую длину, чем радиоволна, посланная на Луну. Для другого, удаляющегося края Луны должен наблюдаться противоположный эффект. В результате «радиолиния» в радиоспектре отраженного импульса будет более широкой, растянутой, чем «радиолиния» посланного импульса. По величине расширения можно вычислить скорость удаления краев Луны. Этим же методом можно определять периоды вращения планет вокруг оси и скорости их движения по орбите.
Раньше требовались многолетние высокоточные оптические наблюдения Луны, чтобы затем после долгих вычислений получить величину либрации. Радиолокаторы решили эту задачу, так сказать, непосредственно и несравненно быстрее.
При каждом измерении пользуются некоторым эталоном — меркой, употребляемой как единица длины. Для измерений на земной поверхности таким основным эталоном длины служит метр. Для астрономических расстояний ни метр, ни даже километр не являются вполне подходящей единицей масштаба — слишком уж велики расстояния между небесными телами. Поэтому астрономы употребляют вместо метра гораздо более крупную единицу длины. Называется она «астрономической единицей» (сокращенно «а. е.»). По определению астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца. Чтобы связать астрономические измерения длины с чисто земными мерками расстояний, астрономическую единицу в конечном счете сопоставляют с метром, то есть, проще говоря, выражают астрономическую единицу в метрах или километрах.
Во времена Иоганна Кеплера (XVII век) величину астрономической единицы еще не знали — она впервые была найдена только век спустя. Не были известны и расстояния от Солнца до других планет Солнечной системы. Тем не менее третий закон Кеплера гласит, что «квадраты времен обращения планет вокруг Солнца относятся между собой как кубы их средних расстояний до Солнца». Каким же образом, не зная расстояний планет до Солнца, Кеплер мог открыть этот важный закон?
Весь секрет, оказывается, в том, что, не зная абсолютных (выраженных в километрах) расстояний планет до Солнца, можно сравнительно просто из наблюдений вычислить их относительные расстояния, то есть узнать, во сколько раз одна планета дальше от Солнца, чем другая.
Зная же относительные расстояния планет от Солнца, можно сделать чертеж Солнечной системы. В нем не будет хватать только одного — масштаба. Если бы можно было указать, чему равно расстояние в километрах между любыми двумя телами на чертеже, то, очевидно, этим самым был бы введен масштаб чертежа, и в единицах данного масштаба сразу можно было бы получить расстояние всех планет до Солнца.
До применения радиолокации среднее расстояние от Земли до Солнца, то есть астрономическая единица, считалось равным 149 504 000 км. Эта величина измерена не абсолютно точно, а приближенно с ошибкой в 17 000 км в ту или другую сторону.
Кое-кого из читателей может ужаснуть эта ошибка. Может быть, даже они усомнятся, стоит ли называть астрономию точной наукой. Такие упреки, конечно, несправедливы. Точность измерения характеризуется не абсолютной величиной ошибки (или, как говорят, абсолютной ошибкой), а ее отношением к измеряемому расстоянию. С этой точки зрения расстояние от Земли до Солнца измерено очень точно — относительная ошибка не превышает сотых долей процента. Но постоянное стремление к повышению точности характерно для любой точной науки. Поэтому можно понять астрономов, когда они снова и снова уточняют масштаб Солнечной системы и стремятся применить самые совершенные методы для измерения астрономической единицы. Вот тут-то и приходит на помощь радиоастрономия.
Совершенно очевидно, что радиолокация планет из-за их удаленности несравненно труднее радиолокации Луны. Не забудьте, что мощность радиоэха падает обратно пропорционально четвертой степени расстояния, то есть очень сильно. Но современная радиотехника преодолела и эти трудности.
В феврале 1958 года американскими учеными впервые проведена радиолокация ближайшей из планет — Венеры, а в сентябре того же года поймано радиоэхо от Солнца.
Во время радиолокации Венера находилась в 43 миллионах километров от Земли. Значит, радиоволне требовалось примерно 5 минут для путешествия «туда и обратно». Сигналы подавались в течение 4 минут 30 секунд, а следующие 5 минут «подслушивалось» радиоэхо. Длительная посылка радиосигналов была вызвана необходимостью — при коротком импульсе единичное отражение от Венеры не могло наблюдаться.
Даже с такими ухищрениями разобраться в принятых радиосигналах было нелегко. Крайне слабые, отраженные от Венеры радиоволны маскировались собственными шумами приемной аппаратуры. Только электронные вычислительные машины после почти годовой обработки наблюдений наконец доказали, что радиолокатор все-таки принял очень слабое радиоэхо от Венеры. После первого успеха радиолокация Венеры была повторена еще несколько раз.
Радиоэхо от Венеры получилось в 10 миллионов раз более слабым, чем радиоэхо от Луны. Но радиолокаторы его все-таки поймали — таков прогресс радиотехники за какие-нибудь двенадцать лет.
Гораздо более уверенно и с лучшими результатами провели радиолокацию Венеры в апреле 1961 года советские ученые. По их данным удалось уточнить величину астрономической единицы. Оказалось, что Солнце на 95 300 км дальше от Земли, чем думали до тех пор, и астрономическая единица равна 149 599 300 км. Ошибка в этом измерении не превышает 2000 км в ту или другую сторону, что по отношению к измеренному расстоянию составляет всего лишь тысячные доли процента!
Теперь величину астрономической единицы знают еще точнее, что позволяет с меньшими ошибками вычислять траектории космических ракет, а это имеет большое значение для межпланетных путешествий.
Солнце для радиолокатора гораздо более крупная цель, чем Венера. Но зато Солнце — само мощный источник космических радиоволн. Чтобы эти радиоволны не «заглушили» радиоэхо, отраженный от Солнца радиосигнал должен быть по крайней мере в сто раз сильнее сигнала, отраженного от Венеры.
Радиолокация Солнца впервые проводилась так. Передатчик включался с интервалами в 30 секунд в продолжение 15 минут. Наблюдения начались в сентябре 1958 года и были продолжены весной 1959 года. При обработке также пришлось прибегнуть к помощи электронных вычислительных машин. В хорошем согласии с предварительными расчетами получилось, что радиосигнал, посланный с Земли, отразился от тех слоев солнечной короны, которые находятся на расстоянии 1,7 радиуса Солнца от его поверхности.
Еще в 1959 году радиолокация Меркурия показала, что сутки на этой планете близки к 59 земным суткам, то есть Меркурий не обращен всегда к Солнцу одной стороной, как считалось до этого. Радиолокаторы выяснили также, что сутки на Венере в 243 раза длиннее земных, причем Венера вращается в направлении с востока на запад, то есть в сторону, обратную вращению всех остальных планет.
Источник
Большой космический обман США. Часть 13. Локация Луны. Мифы и реальность
А. В. Панов
В русскоязычном секторе Интернета длительное время происходит яростная полемика между сторонниками НАСА и скептиками России. Одной из самых любимых тем, которая вызывает яростные споры между фанатиками американского «лунного достижения» и скептиками, является тема «Локация Луны». Американские фальсификаторы сочинили мифы про уголковые отражатели, которые, по их мнению, доказывают версию НАСА. Эта книга разоблачает эти мифы.
Оглавление
- ВВЕДЕНИЕ
- ГЛАВА 1. НАЧАЛО – РАДИОЛОКАЦИЯ ЛУНЫ
- ГЛАВА 2. ЛАЗЕРНАЯ ЛОКАЦИЯ ЛУНЫ – ИСТОРИЯ
- ГЛАВА 3. МИФОЛОГИЯ ОБ ОТРАЖАТЕЛЯХ ПРОГРАММЫ «АПОЛЛОН»
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Большой космический обман США. Часть 13. Локация Луны. Мифы и реальность предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
ГЛАВА 1. НАЧАЛО — РАДИОЛОКАЦИЯ ЛУНЫ
Сначала, до появления первых мощных лазеров, ученые попытались осуществить радиолокацию Луны, для определения расстояния между Землей и Луной: «Еще в 1928 году, когда большинство радиолюбителей пользовались примитивными детекторными приемниками, советские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси рассматривали вопрос о посылке радиосигнала на Луну и приеме на Земле радиоэха. В годы второй мировой войны Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси снова вернулись к занимавшей их идее. Теперь настали другие времена. Радиолокация прочно вошла в практику военной жизни, и радиолокаторы уверенно нащупывали невидимые цели. Советские ученые на основе новых данных подсчитали, какова должна быть мощность радиолокатора и другие его качества, чтобы с его помощью можно было осуществить радиолокацию Луны. Научная ценность такого эксперимента была вне сомнений. Ведь до сих пор, чтобы определить расстояние до Луны, приходилось наблюдать ее положение среди звезд одновременно из двух достаточно удаленных друг от друга обсерваторий. Радиолокация решила бы ту же задачу при наблюдениях из одного пункта. Учитывая быстрый прогресс радиотехники, можно было ожидать, что радиолокационные измерения астрономических расстояний дадут результаты гораздо более точные, чем те, которые были получены в прошлом. Трудности, однако, оказались огромными. Расчеты показали, что при прочих равных условиях мощность отраженного сигнала убывает обратно пропорционально четвертой степени расстояния до цели. Получалось, что лунный радиолокатор должен обладать примерно в тысячу раз большей чувствительностью, чем обычная радиолокационная станция береговой обороны, обнаруживавшая в те годы самолет неприятеля с расстояния в двести километров». [1]
Оказалось, не все так просто с радиолокацией Луны. Но ученые решили эту проблему: «В начале 1946 года почти одновременно, но с различными установками, венгерские и американские радиофизики осуществили радиолокацию Луны…
Большие возможности радиолокации обнаружились при наблюдении так называемой либрации Луны. Под этим термином астрономы понимают своеобразные «покачивания» лунного шара, вызванные отчасти геометрическими причинами (условиями видимости), отчасти причинами физического характера. Благодаря либрации земной наблюдатель видит не половину, а около 60% лунного шара. Значит, либрация позволяет нам иногда «заглядывать» за край видимого лунного диска и наблюдать пограничные районы обратной стороны Луны. При «покачивании», или либрации, Луны один ее край приближается к наблюдателю, а другой удаляется. Скорость этого движения очень мала — порядка 1 м/сек, что меньше даже скорости пешехода. Но радиолокатор способен, оказывается, обнаружить и такие смещения». [1]
Советские ученые тоже не отставали и в начале 60-х годов с помощью радиолокации советские специалисты узнали много нового о лунном грунте, о рельефе лунной поверхности. Радиолокационный метод исследования Луны появился задолго до осуществления американцами лунного обмана США. С помощью радиолокационного метода, ученые СССР узнали, как выглядит реальный лунный грунт. Это было наглядно показано в фильме Павла Клушанцева «Луна» (СССР, 1965 год).
В Фильме Клушанцева «Луна» 1965 года советские физики и астрономы рассказали, что в начале 60-х годов ими была определена теплоемкость лунного грунта, его плотность и структуру строения. О том, как с помощью радиолокационного метода, можно определить основные параметры лунного грунта, в фильме «Луна» рассказал известный советский астроном, академик АН УССР Барабашов Н. П. Учёный сообщал, что структуру и свойства лунного грунта можно определить без прямого соприкосновения с Луной, удаленно. Внимательный просмотр кадров фильма «The Moon. (Luna, 1965) by Pavel Klushantsev» подтверждает версию о том, что основные свойства лунного грунта были известны советским ученым уже в начале 60-х годов. В фильме упоминается этот метод определения структуры Луны.
Чтобы измерить размер неровностей лунного грунта ученые использовали радиолокационный метод. С помощью этого метода можно определить, каким грунтом покрыта Луна.
Сначала астрономы харьковской обсерватории направляли в сторону Луны радиоволны с длиной волны 1 метр. Такие сигналы отражались только от средины Луны. Радиоволны слева и справа от центра рассеивались в сторону. Создается впечатление, по утверждению Балабашова Н. П., что лунная поверхность, поверхность лунных гор и равнин зеркально гладкая. Это означает, что размеры частей лунного грунта по сравнению с длиной радиоволны ничтожно малы. Балабашов: «Совсем иначе ведут себя световые лучи, имеющие длину волны меньше микрона. Они прекрасно отражаются обратно к Земле, даже, от краев диска Луны». [7] Это означает, что размеры частиц лунного грунта по сравнению с длиной волны 1 микрон достаточно велики.
Получается, что фракции грунта, который находится на поверхности Луны, имеют размеры меньше одного метра и больше одного микрона.
Вывод, который сделал советский астроном Балабашов Н. П., был очевидным: «Лунная поверхность покрыта чем-то, вроде мелкого щебня из раздробленных вулканических пород. Космонавт не споткнется!». [7] (Кадры 13:57, 13:07). Учёный при этом ссылается на фотографии Луны, которые были, якобы выполнены американским аппаратом «Рейнджер-7». Академик утверждал, что версию о структуре лунного грунта, которую он высказывал, полностью подтверждали американские лунные фотографии. Реальная Луна покрыта не песком или мелкой пылью. Реальный лунный грунт это мелкий щебень. Ничего подобного на американской «Луне» не наблюдалось. Вместо мелкого щебня на «Луне» доминировали песок и мелкозернистая пыль.
Профессор, известный астроном Марков А. В., на которого ссылается астроном Балашов Н. П., смог с помощью оригинальных методов определить изменение температуры Луны.
Марков А. В. рассказал о том, что физик Михаил Николаевич Марков и астроном Вера Павловна Хохлова, сотрудники Крымской обсерватории, нашли метод определения температуры на поверхности Луны. Сначала пояснения дает Вера Хохлова. Делается специальное отверстие, которое соответствует площади участка диаметром 15 км. Через это небольшое отверстие узкий солнечный пучок попадает в прибор, расщепляется и попадает на два приемных устройства. Там свет преобразуется в электрический ток, что регистрируется самописцами. Одно приемное устройство, фотосопротивление принимает только световые волны длиной 3.5 микрона. Второе устройство, фонометр только 10 микрон.
Марков М. Н.: «Мы получаем две точки кривой теплового излучения, и по её наклону вычисляем температуру». [2]
Советские ученые определили скорость изменения температуры лунной поверхности, во время солнечного затмения. Оказалось, что всего за один час температура поверхности Луны изменяется от +100 градусов до — 100 градусов Цельсия. Температурные изменения происходят на незначительной глубине, что говорит о низкой теплопроводности лунного грунта. Вывод: поверхность лунных гор и лунных равнин очень пористая. Оказывается можно рассчитать и глубину пористого грунта. Эту задачу успешно решил радиоастроном Всеволод Сергеевич Троицкий советский учёный в области радиофизики и радиоастрономии, автор работ по дистанционному зондированию Луны и других небесных тел, профессор и заведующий кафедрой радиотехники Горьковского государственного университета. В 1974 году этот выдающийся ученый получил премию имени А. С. Попова АН СССР за цикл исследований «Радиоизлучения Луны».
С 1956 года работал в Научно-исследовательском радиофизическом институте в Горьком (Нижний Новгород) и руководил созданием первых советских радиометров и радиотелескопов. В результате разработки и использования оригинальных радиотелескопов и прецизионного метода измерения слабых сигналов, метода «искусственной Луны», получил наиболее точные данные о спектре радиоизлучения Луны в широком диапазоне длин волн, о его зависимости от фазы луны и затмений. Создал детальную теорию радиоизлучения Луны и предложил методы изучения свойств и структуры её поверхностного слоя. Исследования Троицкого позволили определить физические свойства и тепловой режим слоя лунного вещества толщиной до пятидесяти метров, твердопористый характер его структуры. [3]
В фильме Павла Клушанцева Тройцкий кратко, но в доступной форме, рассказал о методе определения температуры лунного грунта с помощью черного диска, имитирующего Луну. Это необычное устройство показано в фильме на кадре, ниже.
Удаленный метод определения температуры осуществлялся с помощью черного диска, имитирующего Луну. Троицкий В. С.: «Луна, как и всякое нагретое солнцем тело, излучает не только световые лучи, но и радиоволны. Световые волны идут с поверхностного слоя, а радиоволны идут с некоторой глубины. При этом с большей глубины идут более сильные волны. По интенсивности радиоволн можно судить о температуре в толще лунного грунта». [7]
Излучение от Луны принимается обычным радиотелескопом. Записываются данные с по излучению Луны с этого радиотелескопа. На горе устанавливают черный диск, температура которого известна. Автор называет этот диск «искусственной Луной».
Радиотелескоп направляется на черную «Луну», записываются данные с искусственной «Луны». Потом этот же телескоп получает данные излучения чистого неба.
В. С. Троицкий: «Запись выглядит вот так (кадр 16:54) Это излучение диска, это излучение неба (нуль), это излучение Луны. Путем сравнения записей определяется температура лунного грунта. Оказалось, что с глубиной залегания температура уменьшается (кадр 17:18) На поверхности Луны в течение лунного месяца температура меняется очень сильно. На глубине 20 см температура изменяется меньше. А на глубине 150 см температура практически остается постоянной. Если на поверхности максимальная температура наступает с полнолунием, то на глубине на несколько дней позднее. Всё это говорит об очень низкой теплопроводности лунного грунта в его толще. По химическому состав он схож с земными породами». [2]
С другой стороны Троицкий признает отличие лунного грунта, который является пористым на глубину несколько метров. Темой лунного грунта также занимался профессор Шаронов В. В.
Всеволод Васильевич Шаронов известный советский астроном. Шаронов В. В., совместно с Н. Н. Сытинской, предложил так называемую «метеорно-шлаковую» теорию строения наружного покрова лунной поверхности, впоследствии подтверждённую при исследовании лунной поверхности космическими аппаратами. [4] В фильме «Луна» советский ученый показал образцы шлаков, которые образовались от вулканической деятельности. Разновидностью таких шлаков являются лапилли — это мелкие округлой или неправильной формы кусочки лавы размером от горошины до грецкого opexa, выброшенные из вулкана, и застывшие на лету. Такие лапилли, по версии Шаронова В. В. и Сытинской Н. Н., является основой реального лунного грунта.
Сытинская Н.Н отметила еще одну интересную особенность лунной поверхности. По мнению известной ученой после того как метеорит поднимал большое количество пыли она осыпалась не только на горизонтальные поверхности Луны.
Согласно теории Сытинской Н. Н. липкая субстанция могла покрывать и вертикально стоящие породы, лунные горы: «Образуется спекшаяся, пузыристая масса, спаянная стариной пород. За миллиарды лет мог нарастись слой огромной толщины, сплошь покрывший все горы и равнины». [2]
Сытинская Н. Н. обоснованно предполагала, что лунные горы, лунные валуны и камни тоже покрыты пористой неровной, ноздреватой породой, липкой пылью. Что характерно, ничего подобного на серой американской «Луне» на больших камнях, валунах, скалах не наблюдалось. Пыль от ударов метеоритов не покрывала американские скальные породы, имеющие следы ветровой и водной эрозии. На «Луне» США такие чудеса были возможны. На реальной Луне подобной чистоты скальных образований без всяких следов пыли, которая должна была осесть, такого не могло быть! Главное, что продемонстрировали советские ученые, которые определили с помощью радиолокационного метода и общие свойства лунного грунта, и конкретно, химический состав лунных пород.
Интернет — ссылки проверены по состоянию на 20.04.20.
Источник