阿波罗11号的任务主要被认为是一项技术壮举 - 以月球土壤中的第一个足迹为代表 - 但它也是一项科学成就。当Neil Armstrong和Buzz Aldrin于1969年7月20日走出Eagle Lander时，他们安装了几个小型测量设备，包括一个地震计，一个太阳风颗粒收集器和一系列反射器，用于将激光脉冲反射回地球。这些仪器 - 以及随后的阿波罗任务带来的其他仪器 - 在人类离开后很久就留在了月球上。他们提供了许多关键结果，例如观察第一次月球和测量月球内部的构成。伦敦大学的行星科学家伊恩克劳福德说：“阿波罗的科学遗产是巨大的，并且是我们对陆地行星的理解的基础。”
对于物理学界来说，阿波罗科学计划的最大收益来自反射器阵列，这是月球激光测距(LLR)实验的一部分。50年来，科学家一直在对这些反射器上的激光脉冲进行测量，以测量月球 - 地球距离的高精度。通过将我们的岩石卫星视为一个巨大的测试质量，LLR研究计划已经在前所未有的水平上测试了几种来自重力理论的预测。由于这些成功，现在计划更新的LLR反射器在商业建造的着陆器上飞回月球。其他与物理相关的项目，例如月球远端的射电望远镜，可能能够搭载未来的人员任务。和阿波罗时代一样，
月球激光测距变成50
第一个LLR阵列是在阿波罗11号任务期间部署的，但在阿波罗14号和15号期间安装了其他阵列，并作为苏联机器人Luna计划的一部分。阵列由14到300个后向反射器组成，每个后向反射器是一块玻璃，形状像一个从实心玻璃立方体切下的角。进入后向反射器的光从所有三个相互垂直的后表面反射并沿其来自的方向射出。地球上的研究人员测量往返行程时间 - 大约2.5秒的激光脉冲反射回这些后向反射器并返回地球上的探测器。第一次激光反射是在1969年8月1日在加利福尼亚的利克天文台进行的，但从那时起，美国，苏联，法国和其他地方的其他几家工厂都使用了LLR阵列。
由于后向反射器阵列不需要电源，它们仍然是唯一仍然在月球上运行的宇航员安装设备。加州大学圣地亚哥分校的Tom Murphy说：“LLR实验出人意料地长寿，它给我们带来了令人印象深刻的结果记录。”他是Apache Point天文台月球激光测距操作的首席研究员。 (APOLLO) - 自2005年以来一直在运行。从新墨西哥州南部的山顶，墨菲和他的同事们在月球上的五个LLR阵列中的一个上发射100皮秒激光脉冲并捕获返回光。效率微乎其微：只有一个 1018发射的光子使探测器完全返回。但即使只有少量检测到的光子，研究人员也可以测量行程时间，从而确定月球 - 地球距离大致为最近的毫米。
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D. Long / Apache Point天文台
在2014年的月食期间，激光束瞄准了新墨西哥州Apache Point天文台的Apollo 15后向反射器阵列。
像其他LLR研究人员一样，墨菲团队随着时间的推移跟踪月球轨道，利用这些数据，他们可以对引力理论进行多次测试，例如确认爱因斯坦的等效原理，验证牛顿引力常数的恒定性，以及对偏差的限制。预期的 1/[R2重力法则。在许多情况下，LLR为任何实验提供最精确的测试(参见2017年11月16日的概要)。
“我们很幸运拥有月球，”墨菲说。月球离地球足够远，它基本上处于绕太阳运行的轨道上(月球绕太阳的路径几乎与地球的路径不同)。这个令人惊讶的事实很重要，因为重力理论的测试可以寻找由地球引起的月球太阳轨道的扰动。如果月亮更接近，那么地球的引力将主宰月球的运动，而目前的测试策略将不起作用。如果月亮更远，没有足够的光线会反弹。“如果我们生活在火星上，那么用它的一个卫星 - 火卫一或者Deimos进行相同的重力测试 - 就不会那么精确了，”墨菲说。
LLR将进行整容
马里兰大学帕克分校的道格·柯里说，LLR实验预计不会持续这么长时间，该公园是阿波罗后向反射器的开发者。早期的一个担忧是，陨石引起的月球尘埃会覆盖后向反射器，从而将其操作时间限制在几年之内。“灰尘一直是个问题，”库里说，但没有原先预测的那么严重。“激光[技术]的增长速度超过了尘埃积累的速度。”
事实上，LLR实验的精度不断提高，从20世纪70年代的150毫米增加到现在的几毫米。为了达到更高的精度，科学家将不得不处理月球“振动”，这是月球轨道位置的摆动，导致反射器阵列相对于地球上的观察者来回轻微地前后倾斜。“我们不知道观察到的光子是否来自阵列的近角或远角，”Currie解释道。光子精确路径的这种不确定性转化为月球 - 地球距离估计的误差。
为了克服解放的影响，Currie现在正在开发一个新项目：下一代月球后向反射器(NGLR)。这个更新的反射器设计为独立而不是阵列，这意味着光子来自哪个反射器没有不确定性。为了弥补不具备多个反射器的集体效应，Currie的团队使NGLR比早期版本更大，直径为100 mm，而Apollo反射器的直径为38 mm。使用NGLR，可以以亚毫米精度测量月球 - 地球距离，这将使研究人员能够通过某些相对论的替代方法来预测月球轨道的偏差。
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D. Currie / Univ。马里兰州
Apollo时代版本旁边的新一代月球逆向反射器(NGLR，左)。您可以在两者中看到相机的反射，因为它们总是沿着它到达的方向反射光线。后面的CD信封提供了尺寸r ... 显示更多
回归的竞赛
由于该项目于7月1日被美国宇航局的商业月球有效载荷服务(CLPS)计划选中，因此Currie的后向反射器应该在未来几年内登陆月球。CLPS计划是NASA与正在开发月球登陆器的私营公司之间的合作伙伴关系。美国宇航局已委托三家商业月球着陆服务提供商提供科学和技术仪器，如快速移动的流动站和两个样品采集设备。从全局来看，CLPS计划正在为美国宇航局的Artemis计划奠定基础，该计划旨在到2024年将宇航员登陆月球表面，并在2028年之前创造一个可持续的人类存在。与此同时，中国和印度最近都发送了轨道飞行器和着陆到月球。
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NASA
艺术家对CLPS计划的商业着陆器的印象，将在未来几年内将美国宇航局选定的乐器送到月球。
物理学家可能期望从这场新的太空竞赛中获得什么?一些研究人员已开始争论月球远端的无线电天线。“这就是我们想要在未来十年内实现的目标，”科罗拉多大学博尔德分校的天体物理学家Jack Burns说。月球的远侧总是背向地球，是太阳系中最无线电安静的地方之一，因为它可以屏蔽地球通信网络的电磁噪声。月球也缺少地球厚厚的电离层，因此低频无线电波(小于30 MHz)可以到达月球表面。
正在做出一些努力来测试月球射电天文学的可行性。中国航天局在其嫦娥四号太空船上安装了一台小型无线电光谱仪，该太空船于今年一月降落在月球的远端。同样，由加州大学伯克利分校的斯图尔特·贝尔领导的伯恩斯及其同事开发了月球表面电磁学实验(LuSEE)，该实验具有低频无线电天线，用于获取太阳耀斑活动，以及来自木星和其他行星。与NGLR一样，LuSEE很快将搭乘其中一个CLPS商用登陆器搭乘月球。
长期目标是利用射电望远镜研究“黑暗时代”，即大爆炸后大约4亿年前形成的第一颗恒星之前的时间(见2018年7月2日观点)。了解早期时代可以揭示有关暗物质的新信息并允许宇宙膨胀的测试，宇宙在大爆炸之后立即迅速膨胀，然后扩张得更慢。为了探测黑暗时代，伯恩斯和其他人 - 比如巴黎天体物理研究所的Joe Silk--主张在月球的远处建立一系列天线。在西班牙最近的一次宇宙学会议上，丝绸说这样的阵列不会太难建造，它将为下一轮登月任务增加更广泛的科学目的。
正如阿波罗所证明的那样，科学研究和人类探索可以建立互利的关系：科学有助于使有组织任务的成本合法化，同时宇航员计划的大量集体努力为研究提供了动力。克劳福德认为，尽管机器人任务通常较便宜，但它们在完成科学研究的数量上效率通常较低，克劳福德认为[ 1 ]。他说：“阿波罗大部分科学可以用机器人方式进行的论证是一种红色的鲱鱼 - 其中一些可能已经存在，其中一些不可能，但重点是其中大部分都不会这样做。”
