Lorsque Neil Armstrong et Buzz Aldrin ont pour la première fois foulé la surface de la Lune en 1969, ils y ont déposé des réflecteurs. Ces structures munies de miroirs sont, depuis, utilisées pour mesurer la distance Terre-Lune au moyen d’un laser tiré depuis la Terre. Depuis une décennie, les chercheurs ont essayé de réaliser un autre exploit : faire rebondir un laser sur un engin spatial orbitant la Lune, le Lunar Reconnaissance Orbiter. Et récemment, ils ont annoncé avoir réussi à plusieurs reprises. Des résultats qui pourraient aider à mieux comprendre la dégradation progressive des miroirs laissés sur la Lune.

Faire rebondir les lasers sur des miroirs posés sur la surface lunaire est une méthode éprouvée. Les astronautes des missions Apollo ont d’abord laissé des réflecteurs derrière eux en 1969. Et depuis lors, les chercheurs ont fait rebondir les lasers sur ces réflecteurs pour effectuer des mesures précises de la distance entre la Lune et la Terre, en utilisant la vitesse de la lumière et le temps qu’il faut au faisceau laser pour revenir sur Terre.

miroirs lro

Le réflecteur (et ses miroirs) embarqué sur le LRO. Crédits : NASA

Mais faire rebondir un laser sur un objet en orbite autour de la Lune est une tâche beaucoup plus délicate. Le Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) tourne autour de la Lune avec un miroir intégré depuis 2009. Mais près d’une décennie s’est écoulée sans un seul rebond laser réussi.

Dans un article publié dans la revue Earth, Planets and Space, une équipe de chercheurs rapporte le premier contact laser réussi : deux fois le 4 septembre 2018 et deux fois encore entre le 23 août et le 24 août 2019, des techniciens du Lunar Laser Ranging (LLR) en France ont des lasers sur le LRO et ont vu la lumière revenir 2.5 secondes plus tard.

cube angles

Animation montrant le fonctionnement d’un cube d’angles. Crédits : V. Pantaloni

Pour s’assurer que la lumière qui rebondit sur le LRO retourne dans la direction d’où elle vient, le miroir de l’engin spatial est plus compliqué que celui de votre salle de bain. Comme les miroirs plus anciens sur la surface lunaire, c’est un « cube d’angles » — une série de miroirs tridimensionnels, chacun ayant la forme de l’intérieur d’un coin d’un cube. Lorsqu’un laser le frappe, la lumière rebondit trois fois avant que la géométrie du miroir ne la renvoie dans la direction précise d’où elle provient.

Réflecteurs lunaires : leurs miroirs se dégradent progressivement

Le suivi du mouvement du LRO dans le temps est un projet scientifique intéressant à part entière. Mais, ont écrit les chercheurs, ces quatre contacts laser réussis n’offrent pas suffisamment de données pour suivre ce mouvement. Le LRO se déplace toujours trop vite et de manière trop imprévisible pour frapper de manière fiable avec un laser, et les quatre contacts ont été établis dans ce que les chercheurs ont décrit comme des conditions idéales. La Lune, le LRO et la France étaient tous parfaitement alignés pour améliorer les chances de contact laser.

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reflecteur lunaire

Image d’un réflecteur lunaire laissé à la surface de la Lune par les astronautes des missions Apollo. Au cours du temps, les miroirs de ces réflecteurs se dégradent, rendant les mesures moins précises. Crédits : NASA

Sur le long terme, les études du miroir du LRO pourraient aider à résoudre un problème délicat impactant les miroirs laissés sur la surface lunaire. Tous ces miroirs sont devenus moins réfléchissants au fil du temps, et les chercheurs ne savent pas pourquoi. Mais cette perte de qualité rend les mesures précises plus difficiles.

Le problème pourrait être qu’une exposition à long terme au rayonnement solaire ne fait qu’affaiblir les miroirs. Dans ce cas, le miroir du LRO devrait s’affaiblir avec le temps au même rythme. Alternativement, la poussière lunaire ou la légère brume de la mince atmosphère de la Lune pourraient obscurcir les miroirs, ont écrit les chercheurs. Dans ce cas, la réflectivité du LRO devrait rester plus ou moins inchangée au fil du temps en orbite élevée, même lorsque les miroirs de surface se dégradent.

Sources : Earth, Planets and Space

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