La mesure de la distance Terre-Lune par télémétrie laser est réalisée depuis presque 40 ans par la station de télémétrie laser lunaire (LLR) à Grasse. L'équipe du laboratoire Géoazur-Observatoire de la Côte d'Azur qui opère la station est à l'origine de développements expérimentaux permettant l'exploitation d'une longueur d'onde infrarouge, ce qui a permis de décupler les capacités de la télémétrie lunaire en termes de quantité de données et de couverture du cycle lunaire. Ces mesures nous renseignent sur la structure interne de Lune, en mettant en évidence la présence d'un noyau liquide de 300 km de diamètre, et permettent de réaliser des tests de physique fondamentale comme le test de l'invariance de Lorentz.
Fonctionnement d'un cube d'angles constituant le réseau de rétro-réflecteurs: le laser est systématiquement réfléchi vers sa source d'émission, quel que soit son angle d'incidence.
Crédits: V. Pantaloni Grâce à ce savoir-faire, la station de Grasse a réalisé les premières mesures de distance aller-retour sur l'orbiteur
Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) de la NASA qui dispose d'un petit réseau de rétro-réflecteurs de dimensions 15×18cm. La faible dimension de ce panneau, en comparaison avec les réflecteurs déposés à la surface de la Lune par les missions Apollo et Lunokhod, rend l'exercice bien plus difficile. Afin d'optimiser le pointage des tirs lasers de la station de Grasse vers le LRO, l'équipe POLAC du Syrte-Observatoire de Paris a réalisé des prévisions très fines de l'orbite de la sonde.
Le 4 septembre 2018, Grasse a mesuré 67 retours en deux sessions de 6 minutes. Des retours clairs ont également été enregistrés lors de deux sessions supplémentaires les 23 et 24 août 2019 pour lesquelles la rotation active du LRO a été effectuée par la NASA afin que les réflecteurs soient en vue de la station. Les échos mesurés ont donné des résidus sur la mesure de distance inférieurs à 3 cm par rapport à la trajectoire LRO reconstruite. Cette expérience fournit une nouvelle méthode pour vérifier la possible accumulation de poussière sur les réflecteurs de la surface lunaire, ceux du LRO n'étant pas soumis à ce phénomène.
Vue rapprochée du réseau de rétro-réflecteurs (a) monté sur la sonde LRO (b)
First two-way laser ranging to a lunar orbiter: infrared observations from the Grasse station to LRO's retro-reflector array - Earth Planets Space 72, 113.
Erwan Mazarico, Xiaoli Sun, Jean-Marie Torre, Clément Courde, Julien Chabé, Mourad Aimar, Hervé Mariey, Nicolas Maurice, Michael K. Barker, Dandan Mao, Daniel R. Cremons, Sébastien Bouquillon, Teddy Carlucci, Vishnu Viswanathan, Frank G. Lemoine, Adrien Bourgoin, Pierre Exertier, Gregory A. Neumann, Maria T. Zuber & David E. Smith.
https://doi.org/10.1186/s40623-020-01243-w
Contact:
Julien Chabé - Géoazur - chabe@geoazur.unice.fr