Hvor lys er månen, virkelig?

Den "ukonstante måne, "som Shakespeare kaldte det i Romeo og Julie, er mere pålidelig end hans par af stjernekrydsede elskere måske havde troet. Nu planlægger forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) at gøre månen endnu mere pålidelig med et nyt projekt til at måle dens lysstyrke.

Forskere sætter månen til at arbejde dagligt som en kalibreringskilde for rumbaserede kameraer, der bruger lysstyrken og farverne fra sollys, der reflekteres fra vores planet til at spore vejrmønstre, tendenser i afgrødesundhed, placeringen af ​​skadelig algeopblomstring i havene og meget mere. De oplysninger, der sendes fra jordvendte billedfolk, gør det muligt for forskere at forudsige hungersnød og oversvømmelser og kan hjælpe lokalsamfund med at planlægge beredskab og katastrofehjælp.

For at sikre, at et satellitkamera er "grønt" ikke er andres "gul", "hvert kamera er kalibreret - i rummet - mod en fælles kilde. Månen er et bekvemt mål, fordi i modsætning til Jorden, den har ingen atmosfære, og dens overflade ændrer sig meget lidt.

Problemet er, at for alle de sange, der er skrevet om lyset fra den sølvskinnende måne, det er stadig ikke helt forstået, hvor stærkt månens reflekterede lys er, til enhver tid og fra alle vinkler. Dagens bedste målinger giver forskere mulighed for at beregne månens lysstyrke med usikkerheder på et par procent – ​​ikke helt godt nok til de mest følsomme målebehov, siger NISTs Stephen Maxwell. For at råde bod på disse mangler, videnskabsmænd har udviklet komplicerede løsninger. For eksempel, de skal med jævne mellemrum kontrollere nøjagtigheden af ​​deres satellitbilleder ved at foretage de samme målinger på flere måder – fra rummet, fra luften og fra jorden - samtidig.

Eller, hvis de vil sammenligne billeder taget på forskellige tidspunkter med forskellige satellitter, de skal sikre, at der er en vis overlapning i deres tid i rummet, så billedkameraerne har mulighed for at måle den samme del af planeten på nogenlunde samme tidspunkt. Men hvad sker der, hvis et forskerhold ikke kan få et nyt kamera ud i rummet, før et gammelt er pensioneret? "Du får det, der kaldes et datagab, og du mister evnen til at sammenføje målinger fra forskellige satellitter for at bestemme langsigtede tendenser, " siger Maxwell.

At virkelig vide, hvor lys månen er – med usikkerheder på meget mindre end 1 procent – ​​ville reducere behovet for disse logistisk udfordrende løsninger og i sidste ende spare penge.

Så NIST sætter sig for at tage nye målinger af månens lysstyrke. Forskere håber, at de vil være de bedste målinger til dato.

"Lysstyrke" betyder her, specifikt, mængden af ​​sollys, der reflekteres fra månens overflade. Dens tilsyneladende størrelse er omkring 400, 000 gange mindre end solens, men månens nøjagtige lysstyrke afhænger af dens vinkel i forhold til Solen og Jorden. Og disse vinkler følger et komplekst mønster, der gentager sig cirka hvert 20. år.

For at fange måneskin i deres nye eksperiment, forskere vil bruge et lille teleskop som det Maxwell kalder en "let spand, " designet til at indsamle alt fra ultraviolet stråling (ca. 350 nanometer, milliarder af en meter) gennem det synlige spektrum og ind i kortbølge-infrarød (2,5 mikrometer, milliontedele af en meter). 150 mm (6 tommer) teleskopets enkeltlins er lavet af en forbindelse kaldet calciumfluorid, som – i modsætning til mere almindeligt glas – kan fokusere måneskin fra denne brede vifte af bølgelængder til en detektor.

Men det teleskop skal kalibreres før hver måling. Så omkring 15 til 30 meter (50-100 fod) væk, forskergruppen vil oprette en bredbåndslyskilde - det vil sige en med en bred fordeling af bølgelængder - med et pålideligt output. For at validere bredbåndskilden, forskerne vil også bruge en anden lampe, der kun udsender et smalt bølgelængdebånd ad gangen og kan indstilles til forskellige bånd efter behov. Natlige test med disse kalibrerede kilder vil binde holdets månefund til det internationale system af enheder (SI).

Heldigvis, NIST-undersøgelsen behøver ikke at indsamle data i 20 år, Maxwell siger; tre til fem år vil være nok tid til at samle mere end 95 procent af de vinkler, de skal bruge. For at få så meget uforfalsket måneskin som muligt, eksperimentet er planlagt til at begynde at tage målinger i 2018 ved Mauna Loa Observatory på Hawaii. Sidder omkring 3, 300 meter (11, 000 fod), på en af ​​verdens største vulkaner, det planlagte sted er over meget af Jordens atmosfæres forvridende indflydelse.

Selvom eksperimentet vil tage år at fuldføre, Maxwell mener, at selv foreløbige data vil være nyttige for samfundet "næsten øjeblikkeligt, " som en kontrol mod det nuværende system. Jordvendte billedapparater, der kunne drage fordel af NISTs nye datasæt, omfatter Landsat-serien, GOES-16 og snesevis af kommercielle satellitter.