我们登陆月球的证据就在尘埃中

每逢阿波罗 11 号登月纪念日，月球骗局理论家们都会全力出击。尽管科学家们驳斥了骗局者最常见的论点，比如阿波罗旗帜似乎在真空中飘扬，但有一种有趣的方法可以证明我们确实登陆了月球，而我们并不经常看到这种现象：阿波罗 16 号月球车扬起的尘埃运动。

阿波罗 16 号是第二次将月球车送上月球的阿波罗任务。1972 年 4 月，指挥官约翰·杨和登月舱飞行员查理·杜克花了 20 多个小时探索月球的笛卡尔区域。月球车让他们比步行能走得更远，也让他们体验了独特的越野体验。在飞行过程中拍摄的照片和视频中，有一个著名的片段，由杨公爵驾驶月球车以最高速度行驶，身后扬起风化层（或月球尘埃）。这是“大奖赛”。但这段视频不仅让地球上的每一个人都羡慕不已，还提供了有趣的证据，证明我们确实登上了月球。

关键在于月球车后面尘埃飞起时的轨迹。这正是科罗拉多大学博尔德分校大气与空间物理实验室的两位科学家 Hsiang-Wen Hsu 和 Mihály Horányi 所研究的内容。

Hsu 和 Horányi 首先将阿波罗 16 号大奖赛的镜头分解成单独的图像，这样每幅图像就对应视频的一帧。从这些图像中，他们选择了两组图像，显示火星车以恒定速度行驶，并且相对于摄像机成直角。这使他们尽可能接近二维平面，将追踪尘埃的任务变成了一件简单的事情，即根据火星车后挡泥板上的两个轴绘制尘埃的运动。延伸到火星车后面的水平轴代表速度，从挡泥板垂直延伸的轴代表高度。

由于图像中的尘埃非常细小，因此无法追踪任何单个颗粒。相反，他们使用尘埃云的顶部作为标记。追踪尘埃云的运动清楚地显示了典型的公鸡尾巴，而不是我们看到的简单的抛物线弧形尘埃云，例如，当探测器穿过地球的尘埃时。这种特定的公鸡尾巴形状取决于月球环境：基于探测器速度的尘埃颗粒的初速度、重力场强度（是地球上的六分之一）以及完全没有空气阻力（因为月球没有明显的大气层）。将这些视觉数据转化为公式，许和霍兰尼可以在图表上绘制尘埃的运动，将大奖赛的公鸡尾巴变成数学可视化。

这就是事情变得真正有趣的地方。许和霍兰尼并没有在追踪月球尘埃粒子的运动后就止步不前。他们使用相同的公式绘制了地球上尘埃粒子的轨迹，并将空气阻力考虑在内。由于空气阻力对不同大小的粒子影响巨大，因此他们为地球尘埃取了两个值，以便更好地衡量。

两位科学家在一张图上绘制了四个粒子的运动，两个在月球环境中（实线），两个在地球环境中（虚线）。该图显示，在任何环境中，粒子的初始速度都相同，但它们的弹道路径却大不相同。地球上的空气阻力会将粒子拖得相当快，而在月球上，由于没有空气阻力，粒子的轨迹更长。

Hsu 和 Horányi 的结果，特别是粒子沿其坐标系 x 轴减速的缺失，只有在阿波罗 16 号探测器的镜头是在真空中拍摄的情况下才会出现。例如，月球表面的真空，在地球上的摄影棚中是不可能存在的。

_说到登月，我目前正在“直播”阿波罗 11 号的任务，登月将于今天下午 4 点左右（美国东部时间）进行，舱外活动将在大约三小时后进行。关注我 — @astVintageSpace — 了解飞行的最新消息！_

_来源：Hsu 和 Horányi，《月球车尘埃轨迹中尘埃粒子的弹道运动》《美国物理学杂志》，第 80 卷，第 5 期。非常感谢 Mihály Horányi，我两年前在加州大学博尔德分校 LASP 的新媒体研讨会上认识了他，他给我发了这篇论文。我花了一段时间，但我终于写了这篇文章！_