Tom Murphy planuje poświęcić większość ze swojego czasu w przeciągu najbliższych pięciu lat na bardzo dokładne pomiary odległości Ziemia – Księżyc. Użyje do tego teleskopu w Apache Point w stanie Nowy Meksyk.
Uczeni od dawna wiedzą, że średnia odległość naszej planety od jej naturalnego satelity wynosi około 384 tysięcy kilometrów. Na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego stulecia odległość tę znano z dokładnością około 25 centymetrów. Rozwój technologiczny lat osiemdziesiątych pozwolił zwiększyć dokładność do około 2 centymetrów.
Tom Murphy, astronom i fizyk z Uniwersytetu w Waszyngtonie, planuje zwiększenie tej dokładności do około milimetra (grubość kilku kartek papieru).
W trakcie eksperymentu zespół Murphyego przeprowadzi najbardziej dokładne badania własności grawitacji jakie kiedykolwiek przeprowadzono. Jednym z nich będzie sprawdzenie einsteinowskiej teorii równoważności masy grawitacyjnej i bezwładnej, mówiącej że w polu grawitacyjnym ciała zbudowane z różnych materiałów poruszają się z jednakowym przyspieszeniem. Sprawdzi też czy stała grawitacji ulega zmianie w trakcie rozszerzania się Wszechświata.
„Nie wiemy wszystkiego o grawitacji, musimy więc badać tę siłę wszelkimi dostępnymi narzędziami” – powiedział Murphy.
Do badań zostanie wykorzystany 3,5-metrowy teleskop w Apache Point niedaleko Sunspot w stanie Nowy Meksyk, używany przez Konsorcjum Naukowe, którego członkiem jest Uniwersytet w Waszyngtonie. Do teleskopu zostanie podłączony laser o średniej mocy 2 watów, potrafiący generować krótkie impulsy o mocy 1 gigawata tak krótkie, że będą one miały w przestrzeni zaledwie około 2,5 centymetra długości. Impulsy odbijać się będą od Księżyca i wracać do detektora, a z odstępu czasu pomiędzy ich wysłaniem a odebraniem wyliczyć będzie można odległość.
Impulsy świetlne będą skierowane na ustawione na powierzchni Księżyca lustra działające jak odblaski przy dziecięcych tornistrach. Odbicie od trzech prostopadłych powierzchni będzie powodować, że światło wróci dokładnie w kierunku, z którego przybyło. Odblaski zostały ustawione na Srebrnym Globie przez załogi misji Apollo i bezzałogowe misje radzieckie.
Wiązka docierająca do Księżyca i wiązka powracająca nie będą już tak wąskie i silne jak wiązka wysłana z lasera. Na skutek rozpraszania w atmosferze jej średnica będzie wynosiła około 2 kilometrów na Księżycu i około 15 kilometrów po powrocie na Ziemię.
„Tylko jeden na 30 milionów wysłanych fotonów zostanie odbity przez księżycowe lustro” – powiedział Murphy. „To jak wygrana na loterii. Szczęśliwy foton, któremu uda się trafić w lustro, wracając na Ziemię, będzie po raz kolejny miał szansę około jeden do 30 milionów na to, że zostanie zarejestrowany przez aparaturę teleskopu„.
Liczba zarejestrowanych fotonów zależy od zastosowanej technologii i rozmiarów teleskopu. Obecne technologie umożliwiają zarejestrowanie jednego fotonu na około 100 wysłanych pulsów. Murphy uważa jednak, że technika zastosowana w Apache Point pozwoli zarejestrować pięć do dziesięciu fotonów z każdego wysłanego pulsu.
„Zamierzamy wystrzeliwać 20 impulsów na sekundę, tak aby cały czas 50 z nich znajdowało się w drodze Ziemia-Księżyc-Ziemia„.
W każdej 30-minutowej sesji używanych będzie 5 luster ustawionych w różnych miejscach na Księżycu. Pozwoli to wyeliminować niepewności związane z orientacją Księżyca względem Ziemi. Przygotowania do eksperymentu powinny zostać zakończone w ciągu roku, a sam eksperyment potrwa około 5 lat. Murphy oczekuje, że kiedy zostanie on ukończony, poszerzy rónież naszą wiedzę o wzajemnym grawitacyjnym oddziaływaniu Słońca i Ziemi.
