De "onstabiele maan, " zoals Shakespeare het noemde in Romeo en Julia, is betrouwbaarder dan zijn paar door sterren gekruiste minnaars misschien hadden gedacht. Nu zijn onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) van plan om de maan nog betrouwbaarder te maken met een nieuw project om de helderheid ervan te meten.

Wetenschappers zetten de maan dagelijks aan het werk als kalibratiebron voor ruimtecamera's die de helderheid en kleuren van zonlicht gebruiken dat van onze planeet weerkaatst om weerpatronen te volgen, trends in de gezondheid van gewassen, de locaties van schadelijke algenbloei in oceanen en nog veel meer. De informatie die door op de aarde gerichte camera's wordt verzonden, stelt onderzoekers in staat hongersnoden en overstromingen te voorspellen en kan gemeenschappen helpen bij het plannen van noodhulp en rampenbestrijding.

Om er zeker van te zijn dat het "groen" van de ene satellietcamera niet het "geel" van de andere is, " elke camera is gekalibreerd - in de ruimte - tegen een gemeenschappelijke bron. De maan is een handig doelwit omdat, in tegenstelling tot de aarde, het heeft geen atmosfeer en het oppervlak verandert heel weinig.

Het probleem is dat, voor alle liedjes geschreven over het licht van de zilveren maan, het is nog steeds niet duidelijk hoe helder het gereflecteerde licht van de maan is, altijd en vanuit alle hoeken. Met de beste metingen van vandaag kunnen onderzoekers de helderheid van de maan berekenen met onzekerheden van een paar procent - niet helemaal goed genoeg voor de meest gevoelige meetbehoeften, zegt Stephen Maxwell van NIST. Om deze tekortkomingen te compenseren, wetenschappers hebben ingewikkelde oplossingen ontwikkeld. Bijvoorbeeld, ze moeten periodiek de nauwkeurigheid van hun satellietbeelden controleren door dezelfde metingen op meerdere manieren uit te voeren:vanuit de ruimte, vanuit de lucht en vanaf de grond - tegelijkertijd.

Of, als ze beelden willen vergelijken die op verschillende tijdstippen door verschillende satellieten zijn genomen, ze moeten ervoor zorgen dat er enige overlap is tijdens hun tijd in de ruimte, zodat de imagers de kans hebben om hetzelfde deel van de planeet op ongeveer hetzelfde moment te meten. Maar wat gebeurt er als een onderzoeksteam geen nieuwe camera de ruimte in kan krijgen voordat een oude met pensioen gaat? "Je krijgt een zogenaamd datagat, en je verliest de mogelijkheid om metingen van verschillende satellieten samen te voegen om langetermijntrends te bepalen, ' zegt Maxwell.

Echt weten hoe helder de maan is - met onzekerheden van veel minder dan 1 procent - zou de behoefte aan deze logistiek uitdagende oplossingen verminderen en uiteindelijk geld besparen.

Dus NIST gaat nieuwe metingen doen van de helderheid van de maan. Onderzoekers hopen dat dit de beste metingen tot nu toe zullen zijn.

"Helderheid" betekent hier, specifiek, de hoeveelheid zonlicht die weerkaatst wordt op het oppervlak van de maan. Zijn schijnbare magnitude is ongeveer 400, 000 keer kleiner dan die van de zon, maar de exacte helderheid van de maan hangt af van de hoek ten opzichte van de zon en de aarde. En die hoeken volgen een complex patroon dat zich ongeveer elke 20 jaar herhaalt.

Om maanlicht te vangen in hun nieuwe experiment, onderzoekers zullen een kleine telescoop gebruiken als wat Maxwell een "lichtemmer, " ontworpen om alles te verzamelen van ultraviolette straling (ongeveer 350 nanometer, miljardste van een meter) door het zichtbare spectrum en in het kortegolf-infrarood (2,5 micrometer, miljoenste van een meter). De enkele lens van de 150-mm (6-inch) telescoop is gemaakt van een verbinding genaamd calciumfluoride, die - in tegenstelling tot meer gewoon glas - het maanlicht van dit brede bereik van golflengten in een detector kan concentreren.

Maar die telescoop zal voor elke meting gekalibreerd moeten worden. Dus ongeveer 15 tot 30 meter (50-100 voet) afstand, het onderzoeksteam zal een breedbandlichtbron opzetten, dat wil zeggen een met een brede verdeling van golflengten - met een betrouwbare output. Om de breedbandbron te valideren, de wetenschappers zullen ook een tweede lamp gebruiken die slechts een smalle band van golflengten tegelijk uitstraalt en indien nodig op verschillende banden kan worden afgestemd. Nachtelijke tests met deze gekalibreerde bronnen zullen de maanbevindingen van het team koppelen aan het International System of Units (SI).

Gelukkig, de NIST-studie hoeft 20 jaar geen gegevens te verzamelen, Maxwell zegt; drie tot vijf jaar is voldoende tijd om meer dan 95 procent van de benodigde hoeken te verzamelen. Om zoveel mogelijk onvervalst maanlicht te krijgen, Het is de bedoeling dat het experiment in 2018 begint met het nemen van metingen in het Mauna Loa Observatorium op Hawaï. Zittend op ongeveer 3, 300 meter (11, 000 voet), op een van 's werelds grootste vulkanen, de geplande locatie ligt boven een groot deel van de verstorende invloed van de atmosfeer van de aarde.

Hoewel het experiment jaren in beslag zal nemen, Maxwell denkt dat zelfs voorlopige gegevens nuttig zullen zijn voor de gemeenschap "bijna onmiddellijk, " als een vergelijking met het huidige systeem. Op de aarde gerichte imagers die zouden kunnen profiteren van de nieuwe dataset van NIST zijn de Landsat-serie, GOES-16 en tientallen commerciële satellieten.