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Mesure laser de la distance Terre/Lune depuis l'observatoire Mc Donald.

Un réflecteur lunaire est un dispositif optique catadioptrique, dit rétroréflecteur, déposé sur la Lune afin de mesurer la distance qui la sépare de la Terre au moyen d'un faisceau laser. Cette mesure est effectuée dans le cadre de l'expérience dite Télémétrie laser-Lune (ou Lunar Laser Ranging Experiment, LLR) de l'Observatoire de la Côte d'Azur.

Le matériau réfléchissant du réflecteur est constitué d'un réseau de coins de cube (ou trièdre trirectangle de miroirs) qui ont la propriété de renvoyer les rayons lumineux dans la direction de leur provenance. Les coins de cube sont usinés avec une très grande précision (les angles font 90 degrés ± une seconde d'arc).

Cinq rétroréflecteurs lunaires ont été placés sur la Lune par les missions humaines américaines Apollo 11, 14 et 15 ainsi que par les sondes robots soviétiques Lunokhod. Ces réflecteurs sont toujours utilisés pour mesurer la distance Terre-Lune avec une précision centimétrique. Cette distance fluctue autour d'une valeur moyenne d'environ 384 467 kilomètres. Ils ont déterminé la mesure précise de l'éloignement de la Lune de la Terre, soit 3,8 cm/an^[1].

Les expériences Laser-Lune permettent aussi de tester le principe d'équivalence fort en physique théorique.

Apollo 11

Le réflecteur déposé par les astronautes de la mission Apollo 11 est constitué d'une matrice de 10 × 10 coins de cube en verre de quartz de 3,8 centimètres de diamètre. Il se situe dans la Mer de la Tranquillité. Il a été déposé, ainsi que les deux autres réflecteurs des missions Apollo avec les équipements scientifiques des Early Apollo Scientific Experiments Package et Apollo Lunar Surface Experiments Package.

Apollo 14

Le réflecteur d'Apollo 14 est semblable à celui d'Apollo 11. Il se situe dans le cratère Fra Mauro.

Apollo 15

Celui d'Apollo 15 contient trois fois plus de coins de cube. C'est donc celui qui est le plus utilisé pour la mesure de la distance Terre-Lune (environ 80 % en 2011). Il se situe dans le cratère Béla.

Lunokhod 1 (Luna 17)

La sonde automatique soviétique Lunokhod 1, transportée par le vaisseau Luna 17, était équipée d'un réflecteur de fabrication française, réalisé dans le centre spatial de Cannes - Mandelieu, comprenant 14 coins de cube de 11 centimètres de côté. Il a fonctionné lors de la mission en 1970 puis la liaison a été perdue^[2]. Il se trouve dans la Mer des Pluies.

Après avoir été relocalisé par le Lunar Reconnaissance Orbiter, un aller-retour lumineux a été réalisé le 22 avril 2010 avec succès par l'Observatoire d'Apache Point au Nouveau-Mexique^[3]. Il est depuis couramment utilisé par l'Observatoire de la Côte d'Azur^[1].

Lunokhod 2 (Luna 21)

Le réflecteur de Lunokhod 2 (1973), transporté par le vaisseau Luna 21, est toujours utilisable. Il se trouve dans le cratère le Monnier. Il comporte comme Lunokhod 1 des réflecteurs de fabrication française^[4].

Beresheet

Le rétroréflecteur de cet atterrisseur a été fourni par la NASA. Échec de l'alunissage de Beresheet.

Récapitulatif

Mission	Arrivée sur la Lune	Rendement^[5]	Pourcentage de tirs
Apollo 11	1969	0,3	6 %
Luna 17	1970	0,7 à 0,8
Apollo 14	1971	0,3	7 %
Apollo 15	1971	1	80 %
Luna 21	1973	0,1	8 %
Beresheet	2018 (échec)		N/A

Référence^[1].

Stations au sol

Les stations au sol sont équipées de lasers puissants qui émettent des impulsions à travers des télescopes. La « tache » sur la Lune fait théoriquement plus d'un kilomètre de diamètre soit (0,64 seconde d'arc) ; en pratique, à cause de l'atmosphère, plus de 10 kilomètres. Étant donné la taille du réflecteur, seuls quelques photons^[6] reviennent dans le détecteur et il convient de les différencier des autres photons en provenance de la réflexion du Soleil sur la Lune ou de l'atmosphère. Trois types de filtrage sont mis en œuvre : un filtrage spatial : on ne s'intéresse qu'aux photons qui proviennent du lieu où se trouve le réflecteur, un filtrage fréquentiel : on ne s'intéresse qu'à la fréquence du laser et un filtrage temporel : on ne s'intéresse qu'aux photons qui arrivent à l'instant prévu pour leur arrivée (±50 nanosecondes). Parmi les stations au sol, on compte l'Observatoire de la Côte d'Azur (station de Grasse), l'Observatoire d'Apache Point au Nouveau-Mexique et l'Agence spatiale italienne (station de Matera).

L'observatoire le plus précis et le plus efficace dans le domaine des tirs laser est l'Observatoire de la Côte d'Azur. Il est le mieux référencé quant à sa position dans l'espace^[1].

Notes et références

↑ ^{a b c et d} Alexandre Deloménie, Lunokhod 1 reprend du service, Ciel & Espace, juillet 2013.
↑ « 1970 Première mesure précise de la distance Terre/Lune », sur Centre national d'études spatiales, 20 juin 2011 (consulté le 23 juin 2012).
↑ 40 ans après son alunissage Lunokhod 1 répond encore aux Terriens.
↑ (en) ILRS : Lunar Reflectors.
↑ Par convention, le rendement d'Apollo 15 a été fixé à 1.
↑ 10 photons en 6 000 tirs pendant 10 minutes.

Sources

« Station de Télémétrie Laser-Lune », Observatoire de la Côte d'Azur (consulté le 31 mai 2009)
(en) « Lunar Retroreflectors », UCSD (consulté le 31 mai 2009)

Voir aussi

Articles connexes

Télémétrie laser sur satellites appliquée à la mesure de la distance Terre-Lune
ALSEP : suite d'équipements scientifique déposés sur la Lune par les astronautes du programme Apollo