Language
Country/Area
No result found
Bí ẩn về du hành tốc độ ánh sáng: Làm thế nào tia laser cho phép chúng ta đo chính xác khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trăng?
Trong quá trình con người khám phá vũ trụ, việc đo khoảng cách giữa trái đất và mặt trăng là một nhiệm vụ khoa học hết sức quan trọng. Với sự tiến bộ của công nghệ, phạm vi laser (Lunar Laser Ranging, LLR) đã trở thành một trong những phương pháp chính xác nhất. Sử dụng công nghệ này, các nhà khoa học có thể đo khoảng cách này với độ chính xác bằng tốc độ ánh sáng, nâng cao hiểu biết của chúng ta về mặt trăng và quỹ đạo của nó.
Việc đo phạm vi laser không chỉ yêu cầu tính toán chính xác mà còn dựa vào các gương phản xạ công nghệ cao được lắp đặt trên bề mặt mặt trăng và có thể phản xạ chính xác các chùm tia laser trở lại trái đất.
Bối cảnh lịch sử
Năm 1962, Louis Smullin và Giorgio Fiocco của MIT đã hoàn thành thử nghiệm đo xa laser mặt trăng thành công đầu tiên. Khi công nghệ tiếp tục được cải tiến, họ đã sử dụng tia laser có độ dài xung 50 joule, 0,5 mili giây để thu được các xung laser phản xạ trở lại từ mặt trăng. Một nhóm nghiên cứu từ Liên Xô cũng đã thực hiện thành công các phép đo tương tự trong cùng năm, đây là nền tảng của công nghệ Lunar Laser Ranging.
Sau đó, James Faller, một nghiên cứu sinh tại Đại học Princeton, đã đề xuất ý tưởng đặt các vật phản xạ quang học trên mặt trăng để nâng cao hơn nữa độ chính xác của các phép đo. Kết quả đã đạt được trong sứ mệnh Apollo 11 vào năm 1969 và với ba mảng phản xạ (được lắp đặt bởi các sứ mệnh Apollo 11, 14 và 15), công nghệ đo khoảng cách laser mặt trăng bắt đầu bước vào một kỷ nguyên mới.
Nguyên tắc phân loại
Nguyên tắc cốt lõi của việc đo khoảng cách giữa trái đất và mặt trăng là sử dụng các xung ánh sáng laser phát ra từ trái đất, sau đó bị phản xạ rồi quay trở lại trái đất. Khoảng cách được tính dựa trên thời gian ánh sáng phản xạ lại. .
Cụ thể, công thức tính khoảng cách là: khoảng cách = (tốc độ ánh sáng × thời gian trễ phản xạ)/2. Vì tốc độ ánh sáng là không đổi nên việc chuyển đổi giữa khoảng cách và thời gian bay có thể được thực hiện một cách rõ ràng. Các nhà khoa học cũng cần xem xét nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm vị trí của mặt trăng trên bầu trời, chuyển động tương đối của trái đất và mặt trăng, chuyển động quay của trái đất, thời tiết, v.v.
Thách thức của công nghệ này là mặc dù độ vang của xung ánh sáng laser rất yếu nhưng các nhà khoa học vẫn có thể đo khoảng cách với độ chính xác đến từng milimet, khiến phép đo này trở thành một trong những phép đo khoảng cách chính xác nhất trong lịch sử loài người.
Tấm phản xạ và trạm quan sát
Đối với phạm vi laser mặt trăng, việc thiết lập gương phản xạ là rất quan trọng. Các tấm phản xạ do Hoa Kỳ lắp đặt trong các sứ mệnh Apollo và các phương tiện thăm dò mặt trăng điều khiển từ xa của Liên Xô cũ đều là những trường hợp thực tế thành công. Những gương phản xạ này làm cho phạm vi laser chính xác hơn và vị trí của chúng cũng được ghi lại rất chi tiết, đặt nền tảng cho việc khám phá không gian tiếp theo.
Tầm quan trọng của việc phân tích dữ liệu
Bằng cách phân tích dữ liệu phạm vi laser, các nhà khoa học có thể trích xuất nhiều thông số quan trọng để nghiên cứu các tính chất vật lý và lực hấp dẫn giữa Trái đất và Mặt trăng.
Dữ liệu đo phạm vi laser hiện đại đã giúp các nhà khoa học tìm hiểu thêm thông tin chi tiết về mặt trăng, chẳng hạn như việc nó đang di chuyển ra khỏi Trái đất với tốc độ 3,8 cm mỗi năm, một tốc độ được coi là cao bất thường. Thông tin này không chỉ hữu ích cho việc tìm hiểu cấu trúc của mặt trăng mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc tìm hiểu chuyển động của các thiên thể.
Khám phá tương lai
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, trong tương lai có kế hoạch lắp đặt các vật phản xạ mới trên mặt trăng để cải thiện hơn nữa độ chính xác của các phép đo. Ví dụ, Chandrayaan-3 của Ấn Độ đã đặt thành công một gương phản xạ mới vào năm 2023, thể hiện nỗ lực không ngừng của nhiều quốc gia khác nhau trong việc khám phá Mặt Trăng. Dữ liệu của họ sẽ cung cấp sự hiểu biết sâu sắc hơn về Mặt trăng.
Bí ẩn về sự du hành của ánh sáng không chỉ giới hạn ở công nghệ đo khoảng cách mà còn liên quan đến cách diễn giải tác động của những dữ liệu này lên toàn bộ vũ trụ. Khi công nghệ của chúng ta tiến bộ, nghiên cứu trong tương lai sẽ tiết lộ những sự thật chưa biết nào và điều này sẽ có tác động gì đến cuộc sống của chúng ta?
