Laser Lune (Evaluation quadriennale 3/02/2009). Observation laser-Lune Une « observation laser-Lune » est, à une date donnée t 0, la durée  t (moyennée.

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1 Laser Lune (Evaluation quadriennale 3/02/2009)

2 Observation laser-Lune Une « observation laser-Lune » est, à une date donnée t 0, la durée  t (moyennée sur une dizaine de minutes) entre : l'émission d'une impulsion laser depuis une station terrestre vers des rétro-réflecteurs à la surface lunaire et sa détection au retour sur terre par la même station (ou une station voisine).

3 Ordre de grandeur des principales quantités DTo = 2. 5 s Déplacement de la Lune en 1 s : - Ie long de son orbite géocentrique.............................0".5 = 1 km - dans la direction de son rayon vecteur...........................0.055 km Déplacement de la Terre en 1 s : - le long de son orbite héliocentrique.......................0".04 = 30 km - dans la direction de son rayon vecteur..........................0.450 km Rayon de la Lune.................................................................1,700 km Rayon de la Terre...............................................................6,400 km Distance Terre – Lune.....................................................380,000 km Distance Terre – Soleil.............................................151,000,000 km Observation laser-Lune

4 Un télescope sur Terre Station de Calerne (Grasse, France)‏

5 Observation laser-Lune Un télescope sur Terre Haleakala (1987-1990)‏ 448 Apollo (Oct. 2005-... )‏ Mac Donald (1972-...)‏ 5261 Grasse (1984-2004)‏ 10210 Matera (2003-2004)‏ 15 Wettzell Shanghai Canberra

6 Observation laser-Lune Un télescope sur Terre

7 Observation laser-Lune Un télescope sur Terre Un rétro-réflecteur sur la Lune 45 cm x 45 cm

8 Lunakhod 2 Lunakhod 1 (lost)

9 Observation laser-Lune Un télescope sur Terre Un rétro-réflecteur sur la Lune

10 Observation laser-Lune Un télescope sur Terre Un laser

11 Observation laser-Lune Rendement de l'instrument Surface Réf. / Surface Imp. = 10 -9  diamètre de la tâche de l'impulsion au retour sur Terre = 25 km  sur les 10 photons d'une impulsion, 10 repartent vers la Terre 918 Imperfection des coins de cube et de l'atmosphère Surface Tél. / Surface Imp. = 10 -11  sur les 10 photons d'une impulsion, 0,01 sont détectés sur Terre 18

12 Observation laser-Lune Précision d'un écho  Total = 220 ps Soit 3 cm imprécision due à l'orientation des rétro-réflecteurs :  ref = 135 ps (  = 8°) imprécision due à la traversé de l'atmosphère :  atm = 0 à 150 ps précision du détecteur de départ :  d = 6 ps précision du détecteur de retour :  r = 40 ps imprécision due à la largeur d'impulsion :  i = 60 ps précision des dateurs :  dat = 10 ps

13 Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes

14 Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes

15 Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes Précision théorique d'un point normal (60 échos) Précision observée d'un point normal (60 échos)  PN(obs) = 170 ps Soit 2.5 cm  PN =  Total / √ N echos = 220 / √ 60 = 28 ps Soit 4 mm

16 Statistiques sur les points normaux

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22 Le calcul des Résidus

23 Les étapes du calcul des Résidus Estimations des différentes contributions : Temps de lumière mesuré aller et retour (point normal) : DT = 2.5 s ± 170 ps Temps de lumière calculé aller et retour (programme Caroll) : DT-DTC  200 ps (O-C) Corrections à la date d'observation DT0 = 55.184 000 s (TT-UTC) DT1 =-0.001 624 s (TDB-TT) Corrections au temps de lumière aller (DT/2) DT3 = 26.344 ns soit 7,900 mètres (relativité) DT4 = 8.468 ns soit 2,530 mètres (réfraction) (erreur des modèles :1%) Corrections de la positions des réflecteurs DP1 = 3.3 " DP2 = 8.2 "Dtau = 1.8 " (libration libre) DP1 = 0.07 " DP2 = 0.01 "Dtau = 0.01 " (effet figure / figure) DP1 = 0.2 " DP2 = 0.2 "Dtau = 0.4 " (effet de marées) Corrections aux coordonnées des stations Dx1= 0.032 m Dy1=-0.066 m Dz1=-0.054 m (relativité) Dx2=-0.046 m Dy2= 0.033 m Dz2= 0.016 m (marées terrestres) Dx3= 0.004 m Dy3=-0.007 m Dz3=-0.005 m (marées océaniques) Dx4=-0.001 m Dy4= 0.003 m Dz4= 0.003 m (pression atmosph. )

24 Résidus & Résultats

25 Résidus

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28 Résultats

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35 Investigations en cours

36 1 – Prise en compte des mouvements saisonniers de la station

37 Lunar Laser Ranging Stations

38 Satellite Laser Ranging Stations (ILRS)‏

39 Model 1 Model 2 Position Time Series of Grasse Station in ITRF 2000 (Berio & Coulot, OCA)‏

40 Position Time Series of Grasse Station in « Local Reference Frame » Zenith WestSouth (m)‏

41 One year Signal in Lunar Laser Ranging O-C (Grasse station) Position of Grasse Station : ITRF 2000 Position of Grasse Station : ITRF 2000 + MODEL 2 (O-C) an = 0.02522 – 0.00836*t – 0.01218*cos(  ) – 0.00565*sin(  ) Period of  = 1.0228 ( ± 0.0084) years ( Signal/Noise =3.73)‏ (O-C) an = 0.02266 – 0.01028*t – 0.00913*cos(  ) + 0.00139*sin(  ) Period of .0510 ( ± 0.0140) years ( Signal/Noise =3.06)‏

42 Investigations en cours 1 – Prise en compte des mouvements saisonniers de la station 2 – Effet de l'atmosphère

43 Effets dus à l'atmosphère Correction (m)‏ Nombre d'observations Grasse 87-01 (7500 Obs.)‏

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45 Effets dus à l'atmosphère Correction (m)‏ Grasse 87-01 (7500 Obs.)‏ Hauteur de la Lune au-dessus de l'horizon (°)‏

46 Effets dus à l'atmosphère Grasse 87-01 (7500 Obs.)‏ Hauteur de la Lune au-dessus de l'horizon (°)‏ Nombre d'observations

47 Effets dus à l'atmosphère Correction (m)‏ Grasse 87-01 (7500 Obs.)‏ Hauteur de la Lune au-dessus de l'horizon (°)‏ Pmax=891mb Tmax=23.5° Hmax=100% Pmin=842mb Tmin=-7° Hmin=0%

48 Effets dus à l'atmosphère Grasse 87-01 (7500 Obs.)‏ Hauteur de la Lune au-dessus de l'horizon (°)‏ (O-C) (m)‏

49 Effets dus à l'atmosphère Grasse 87-01 (7500 Obs.)‏  (O-C) (m)‏ Hauteur de la Lune au-dessus de l'horizon (°)‏

50 Différences : ELP(MPP 02) – INPOP (05a)‏ (mètre) (seconde d'arc) Longitude Latitude Distance (seconde d'arc) RMS 0.0015844 " 0.0005490 " 0.7223 m