Het maanmysterie van de missende fotonen is opgelost

Onderwerp: Licht, Optica (licht en lenzen) (havo), Rechtlijnige beweging

Een van de Apollo-missies naar de maan heeft daar reflectoren achtergelaten. Op de foto hieronder zie je een laserbundel, die op die reflectoren gericht wordt.

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Figuur 1. Bron: NASA

Door de tijd te meten tussen het uitzenden van de laserpuls (een puls is een korte lichtflits) en het opvangen van de door de reflectoren teruggekaatste puls kunnen astronomen op elk moment de precieze afstand tot de maan bepalen. Astronomen kunnen zo controleren of de afstand tussen de maan en de aarde wel constant blijft.

Opgaven:

a) Zoek in BINAS op hoe groot de afstand van de aarde tot de maan "ongeveer" is.
b) Bereken hiermee de tijdsduur tussen het uitzenden van de puls en de ontvangst van de teruggekaatste puls.
c) Waarom staat in vraag a het woord ongeveer tussen aanhalingstekens?

Op de foto is een vage groene lijn te zien en een groen vlek. Die vlek is de terugkaatsing van de laserpuls op ijle wolken hoog in de atmosfeer. Zo staat te lezen in een bericht in de NRC van 15 februari 2014.

d) Wat zal de vage groene lijn zijn tussen de groene vlek en de onderrand van de foto?

In dat krantenartikel stond ook een vreemd, tot voor kort onverklaard verschijnsel: het teruggekaatste signaal nam sterk af bij volle maan! Astronomen hadden dat verschijnsel als grap Full-moon curse genoemd. Of Bad moon rising, naar een song van Creedence Clearwater Revival.

Nu heeft een groep astronomen aan de universiteit van San Diego een waarschijnlijke verklaring voor het verschijnsel gevonden. Om dat te begrijpen moet je eerst weten hoe de terugkaatsing gaat. De terugkaatsing gaat op dezelfde manier als bij een fietsreflector.

Figuur 2. Bron: NASA

In de ronde openingen van de plaat bevinden zich glazen kegeltjes met een tophoek van 90°

e) Laat met een tekening zien dat de inkomende en teruggekaatste lichtstraal evenwijdig lopen.

De reflectoren raken langzaam een beetje bedekt met maanstof en dat maanstof neemt de energie van de zonnestralen makkelijk op waardoor de kegeltjes aan de bovenkant een beetje uitzetten. Zie de tekening in figuur 3.

Figuur 3.
f) Laat in de tekening zien of de teruggekaatste lichtstralen nu convergeren of divergeren. Overdrijf de breking aan de bovenkant van het kegeltje.

Bij volle maan staat de zon ongeveer loodrecht boven de plaats waar de reflectoren op de maan staan, dus zetten de bovenkanten van de kegeltjes dan het meest uit en is het effect het grootst.

Mysterie opgelost! En je had de oplossing zelf kunnen bedenken met wat natuurkunde. Toch?

Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.