月レーザー測距実験

月レーザー測距実験

月レーザー測距実験（Lunar Laser Ranging experiment）は、地球と月の距離を精密に測定するための手法で、主にLIDAR技術を活用しています。この実験では、地球にあるレーザー装置から月面に設置された再帰反射器へ光を照射し、反射された光が戻ってくるまでの時間を計測します。

初期の試験とアポロ計画の貢献

1962年、マサチューセッツ工科大学の研究チームが初めて反射レーザーのミリ秒パルス観測に成功しました。同年には、クリミア天体物理天文台でも同様の測定が行われ、レーザー技術の可能性が広がりました。1969年、アポロ11号の乗組員によって月面に設置された再帰反射器アレーにより、距離測定の精度は飛躍的に向上しました。その後、アポロ14号とアポロ15号でも追加の反射器が設置され、実験の信頼性がさらに増しました。

ソビエト連邦のルノホート1号とルノホート2号も同様に反射器を持ち込みました。ルノホート1号からの信号は一時期受信されていましたが、1971年以降は途絶え、2010年にカリフォルニア大学のチームが新たにアレーを発見するまで長い間見失われていました。一方、ルノホート2号からの信号は引き続き地球に戻されていました。これらの反射器は、太陽の光の影響を受けることで性能が劣化する傾向がありました。

特にアポロ15号の反射器は、前の二つのアレイの3倍の大きさを誇り、初期の25年間の実験で多くの測定対象となりました。しかし、技術の進歩により、よリ小型のアレーが後の実験においても活用されるようになりました。

月までの距離測定の原理

月までの距離は以下の式によって概算されます。

```math
距離 = (光速 × 往復の時間) / 2
```

実際には、距離測定においては地球と月の相対運動や、自転、月の秤動、気象、極運動など多くの要因が影響を及ぼします。それにもかかわらず、この技術により、地球と月の距離は過去35年間にわたり精確に測定され、平均で約38万4,467kmであることが明らかとなっております。

月の表面でのレーザービームは、わずか約6.5kmの幅に収束しており、これは3kmの距離から10セント硬貨をライフルで撃つような困難さを持っています。反射された光は非常に弱く、数秒ごとに反射器に向けて発射される1017個の光子の中から、良好な条件でわずか1個だけが地球に戻ってきます。この光子は高い単色性を持つため、レーザーによる反射であることが確認できます。

この方法は、非常に高精度な距離測定を可能にしており、例えばロサンゼルスとニューヨーク間の距離を100分の1インチの精度で測ることができる質を持っています。2002年においては、反射器の性能が年々低下しているものの、月と地球の距離をミリメートル単位で測定するための研究が現在も続けられています。

長期間の結果と考察

長期にわたる実験から得られた興味深い発見には、月が年間3.8 cmという速度で地球から遠ざかっていることがあります。これは他の観測結果と比較すると異常に速いとされています。

また、月はおそらく半径の約20%に当たる液体の核を持つと考えられています。万有引力の理論は非常に安定しており、1969年以降、ニュートンの重力定数Gの上限をわずか1011分の1引き上げたという結果が示されています。ノルドベッド効果の影響は排除され、強い等価原理の妥当性が示唆されました。

アインシュタインの一般相対性理論は、高い精度で月の軌道を予測する能力を確認され、また、月面の反射器はアポロ計画に対する陰謀論への反証ともされてきました。例えば、APOLLO Collaborationによる光子パルスのパターンは、既知の着陸地点近くの反射器が存在することを示しています。

このように、月レーザー測距実験は、宇宙科学の発展に寄与しており、我々の理解を深める重要な役割を果たしています。

もう一度検索