Ученые ежедневно используют Луну в качестве источника калибровки для космических камер, которые используют яркость и цвета солнечного света, отражающегося от нашей планеты, для отслеживания погодных условий, тенденций в состоянии урожая, мест вредоносного цветения водорослей в океанах и многого другого. Информация, отправляемая с помощью устройств формирования изображений, обращенных к Земле, позволяет исследователям прогнозировать голод и наводнения и может помочь сообществам в планировании реагирования на чрезвычайные ситуации и оказания помощи при стихийных бедствиях.
Чтобы убедиться, что "зеленый" одной спутниковой камеры не "желтый" другой, каждая камера калибруется в космосе по общему источнику. Луна — удобная цель, потому что, в отличие от Земли, у нее нет атмосферы, и ее поверхность меняется очень мало.
Проблема в том, что, несмотря на все песни, написанные о свете серебристой Луны, до сих пор не понятно, насколько ярким является отраженный свет Луны во все времена и со всех сторон. Лучшие сегодняшние измерения позволяют исследователям рассчитать яркость Луны с погрешностью в несколько процентов — этого недостаточно для наиболее чувствительных измерений, говорит Стивен Максвелл из NIST. Чтобы исправить эти недостатки, ученые разработали сложные обходные пути.
Например, они должны периодически проверять точность своих спутниковых изображений, выполняя одни и те же измерения несколькими способами — из космоса, с воздуха и с земли — одновременно.Или, если они хотят сравнить изображения, сделанные в разное время разными спутниками, они должны убедиться, что есть некоторое перекрытие во время их пребывания в космосе, чтобы у создателей изображений была возможность измерить одну и ту же часть планеты примерно в одно и то же время. . Но что произойдет, если исследовательская группа не сможет отправить новую камеру в космос до того, как старая будет списана? «Вы получаете то, что называется пробелом в данных, и теряете возможность объединять измерения с разных спутников для определения долгосрочных тенденций», — говорит Максвелл.
На самом деле знание того, насколько яркая Луна — с погрешностью менее 1 процента — снизило бы потребность в этих логистически сложных решениях и, в конечном итоге, сэкономило бы деньги.Итак, NIST намеревается провести новые измерения яркости Луны. Исследователи надеются, что они будут лучшими измерениями на сегодняшний день.
«Яркость» здесь означает, в частности, количество солнечного света, отражающегося от поверхности Луны. Ее видимая величина примерно в 400 000 раз меньше солнечной, но точная яркость Луны зависит от ее угла по отношению к Солнцу и Земле. И эти углы следуют сложной схеме, которая повторяется примерно каждые 20 лет.Чтобы уловить лунный свет в своем новом эксперименте, исследователи будут использовать небольшой телескоп, который Максвелл называет «световым ведром», предназначенный для сбора всего: от ультрафиолетового излучения (около 350 нанометров, миллиардных долей метра) через видимый спектр и до короткого. волна инфракрасного излучения (2,5 микрометра, миллионная доля метра).
Одиночная линза 150-миллиметрового (6-дюймового) телескопа сделана из соединения, называемого фторидом кальция, которое, в отличие от более обычного стекла, может фокусировать лунный свет из этого широкого диапазона длин волн в детектор.Но этот телескоп необходимо калибровать перед каждым измерением.
Таким образом, на расстоянии от 15 до 30 метров (50-100 футов) исследовательская группа установит широкополосный источник света, то есть источник с широким распределением длин волн, с надежным выходом. Чтобы проверить широкополосный источник, ученые также будут использовать вторую лампу, которая излучает только узкую полосу длин волн за раз и может быть настроена на разные диапазоны по мере необходимости.
Ночные тесты с этими откалиброванными источниками свяжут результаты исследования Луны с Международной системой единиц (СИ).К счастью, для исследования NIST не потребуется собирать данные в течение 20 лет, говорит Максвелл; От трех до пяти лет будет достаточно, чтобы собрать более 95 процентов нужных углов.
Чтобы получить как можно больше чистого лунного света, эксперимент планируется начать в 2018 году в обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях. Планируемое место, расположенное на высоте около 3300 метров (11000 футов) на одном из крупнейших вулканов в мире, находится выше искажающего влияния атмосферы Земли.Хотя на завершение эксперимента уйдут годы, Максвелл считает, что даже предварительные данные будут полезны сообществу «почти сразу» в качестве проверки на соответствие существующей системе.
Создатели изображений, ориентированных на Землю, которые могут извлечь выгоду из нового набора данных NIST, включают серию Landsat, GOES-16, запускаемый в ближайшее время JPSS-1 и десятки коммерческих спутников.