История, о которой пойдёт речь, началась задолго до того, как в апреле 2010 года телескоп в пустыне Нью-Мексико отправил в небо серию лазерных импульсов. Тогда, в 1970 году, на поверхности Луны появился аппарат, которому суждено было стать одновременно триумфом инженерной мысли и загадкой для нескольких поколений учёных. Речь о «Луноходе-1» — первой в истории передвижной лаборатории, управляемой с Земли.
Семнадцатого ноября 1970 года станция «Луна-17» совершила посадку в районе Моря Дождей. Из её недр на лунный грунт медленно съехал восьмиколёсный аппарат, напичканный научным оборудованием. Но среди всех приборов особое место занимал один — небольшой, но невероятно важный для физиков элемент. Это был уголковый отражатель, изготовленный во Франции. Четырнадцать призм с треугольными гранями размером по одиннадцать сантиметров каждая. По сути, тот же принцип, что у обычного велосипедного катафота: откуда бы ни пришёл свет, он вернётся ровно в обратном направлении.
Идея была проста и гениальна одновременно. Если с Земли направить лазерный луч в такой отражатель и поймать отражённый сигнал, можно с невероятной точностью измерить расстояние до Луны. Первый подобный эксперимент провели астронавты «Аполлона-11» в июле 1969 года, оставив на поверхности отражатель. У американских версий было по сто маленьких призм диаметром чуть меньше четырёх сантиметров. У советско-французского образца — четырнадцать, но значительно более крупных.
Первые успехи и странное исчезновение
Поначалу всё складывалось удачно. Уже в первую лунную ночь, в декабре 1970 года, советские и французские специалисты получили чёткий ответ от отражателя. Это был настоящий прорыв. В феврале следующего года эксперимент повторили. Казалось, впереди годы плодотворной работы. Однако судьба распорядилась иначе.
Сам луноход продолжал работать до сентября 1971 года. Официально его миссия завершилась четвёртого октября после одиннадцати лунных дней — это примерно триста двадцать два земных дня. Аппарат остался стоять на месте своей последней остановки. Но вот его лазерный отражатель словно исчез для земных наблюдателей.
Я часто задумываюсь о том, как легко в науке потерять то, что физически никуда не девалось. Ведь луноход стоял на месте. Проблема была в другом — в точности координат. Положение аппарата знали с погрешностью примерно пять километров. Для лунной карты это приемлемо. Но для лазерной локации — катастрофически неточно.
Чтобы понять масштаб проблемы, представьте себе луч фонарика, направленный в тёмное поле, где где-то лежит крошечный светоотражатель. Вы не знаете, где именно он находится, но знаете, что он где-то в радиусе нескольких километров. Шансы попасть — минимальны. Именно так и обстояло дело с «Луноходом-1».
Технические тонкости поисков
Современные установки для лазерной локации Луны работают по принципу временного окна. Они ожидают отражённый сигнал в строго определённый промежуток времени. Это позволяет отсечь фоновый шум и выделить именно те фотоны, которые вернулись от отражателя. Но у такого подхода есть обратная сторона: если не знаешь точного местоположения цели, ты просто не попадёшь в это окно.
В пересчёте на лунную поверхность временное окно соответствует полосе шириной около двадцати метров. А искать эту полосу нужно было в районе площадью несколько квадратных километров. Задача почти невыполнимая.
Американская обсерватория Макдональд предпринимала попытки найти отражатель. По некоторым данным, учёные даже видели мимолётные проблески сигнала. Но установить точное положение так и не смогли. Советский физик Ю. Л. Кокурин упоминал об успешном наблюдении в мае 1974 года, однако никаких подробных данных не сохранилось. Подтвердить это невозможно.
Со временем интерес к поискам угас. На Луне появились новые отражатели — от «Аполлона-14», «Аполлона-15» и «Лунохода-2». Их координаты были известны с высокой точностью. Тратить дорогостоящее телескопное время на безнадёжные поиски старого отражателя стало экономически нецелесообразно.
Неожиданный поворот
Всё изменилось в марте 2010 года. Американский аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter, находившийся на орбите Луны, сделал серию снимков района посадки «Луны-17». Камера LROC обладала достаточно высоким разрешением, чтобы различить на поверхности не только посадочную ступень, но и сам луноход, и даже следы его колёс.
Это был ключевой момент. Координаты удалось определить с погрешностью около ста метров. Оказалось, что прежняя оценка местоположения отличалась от реальной почти на пять километров. Лазерный высотомер того же орбитального аппарата уточнил высоту точки с погрешностью менее пяти метров.
Восемнадцатого марта 2010 года о снимках узнал Том Мерфи — физик из Калифорнийского университета в Сан-Диего, руководитель проекта APOLLO. Этот проект использовал телескоп обсерватории Апачи-Пойнт для лазерной локации Луны. Команда немедленно начала подготовку к новым попыткам.
Первые несколько попыток в конце марта оказались неудачными — условия наблюдения были неблагоприятными. Но уже 22 апреля наступила первая удобная ночь. И результат превзошёл все ожидания: сигнал пришёл сразу же, на двести семьдесят наносекунд позже расчётного времени. Это означало, что отражатель действительно находится там, где показали снимки.
Удивительная яркость
В ту ночь команда отправила десять тысяч лазерных импульсов. В ответ зарегистрировали тысячу девятьсот шестнадцать вернувшихся фотонов. Для сравнения: от большого отражателя «Аполлона-15» в ту же ночь получили две тысячи сорок фотонов, но за вдвое меньшее число импульсов — пять тысяч. Это говорило о том, что отражатель «Лунохода-1» находится в отличном состоянии.
Меня поражает, насколько живучими оказались эти приборы. Почти сорок лет на Луне — с её экстремальными перепадами температур, жёстким излучением и микрометеоритной бомбардировкой. И при этом отражатель не просто работал, а работал лучше, чем его более молодой близнец на «Луноходе-2».
Со временем положение отражателя «Лунохода-1» определили с точностью до нескольких сантиметров. Это позволило включить его в регулярные наблюдения. Физики получили ещё одну точку на Луне, с которой можно работать.
Необъяснённые различия
Самое интересное выяснилось при сравнении двух советских отражателей. У «Лунохода-1» и «Лунохода-2» они были идентичны по конструкции. Однако их поведение оказалось совершенно разным.
Отражатель «Лунохода-2» к 2010 году давал примерно десятую долю того сигнала, что возвращал «Аполлон-15». Он явно деградировал сильнее остальных. А вот «потерянный» отражатель «Лунохода-1» оказался в куда лучшей форме. По разным данным, его сигнал был в четыре-пять раз ярче, чем у «Лунохода-2», когда оба находились в темноте.
Ещё более удивительно то, что отражатель «Лунохода-1» продолжает работать и лунным днём, когда на него светит Солнце. С «Луноходом-2» в таких условиях ничего не получается. В 2011 году исследователи называли это различие необъяснённым. До сих пор нет однозначного ответа, почему два одинаковых прибора ведут себя настолько по-разному.
Научная ценность находки
Лазерная локация Луны — это не просто способ измерить расстояние до нашего спутника. Это один из самых точных инструментов для проверки фундаментальных законов физики. По форме лунной орбиты учёные проверяют принцип эквивалентности, постоянство гравитационной постоянной и другие параметры теории гравитации.
Кроме того, этот метод помогает изучать внутреннее строение Луны. Но для этого нужно точно знать, как Луна ориентирована в пространстве. А она немного «покачивается» относительно Земли — это явление называется либрацией.
Чем ближе отражатель к краю видимого диска Луны, тем лучше он «чувствует» такие покачивания. И здесь «Луноход-1» оказался в уникальном положении. Он стоит примерно в пятидесяти градусах от линии Земля — Луна, ближе всех пяти отражателей к краю диска. Поэтому он примерно вдвое чувствительнее к либрациям, чем любой из отражателей «Аполлонов».
Том Мерфи в 2010 году говорил, что именно это положение даст лучшие возможности для понимания жидкого ядра Луны. Это было ожидание учёного, а не уже полученный результат. Но сама перспектива открывала новые горизонты для исследований.
Что на самом деле произошло
Эту историю часто пересказывают как «нашли пропавший луноход через сорок лет». Это не совсем точно. Сам аппарат никогда не терялся. Район его стоянки в Море Дождей был известен с точностью до нескольких километров. Потерялась возможность им пользоваться — точно прицелиться лазером в небольшой отражатель.
Вопрос о том, сколько длилось «молчание», тоже остаётся открытым. Том Мерфи в 2010 году говорил о почти сорока годах тишины. В научной статье формулировка более осторожная: однозначные отражения получены впервые более чем за три десятилетия.
Сегодня «Луноход-1» стоит там же, где остановился в 1971 году — около тридцати восьми градусов северной широты. И с 2010 года он снова отвечает на лазерные импульсы с Земли. Эта история напоминает мне о том, что в науке иногда нужно просто подождать, пока появятся новые технологии, чтобы решить старую загадку. И о том, что даже «потерянные» вещи могут вернуться к жизни, если не опускать руки и продолжать искать.