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如何测量地球与月球的距离

2023-03-03 23:06:37 542

摘要:原标题:如何测量地球与月球的距离吴彦锟绘对于天文学家来说,测量地球与月球之间的距离并不是一件特别困难的事情。早在公元前2世纪,希腊的天文学家们已经使用有效的测量方法初步测定了地月之间的距离。进入20世纪后,不断发展的无线电、光学和航天技术,...

原标题:如何测量地球与月球的距离

吴彦锟绘

对于天文学家来说,测量地球与月球之间的距离并不是一件特别困难的事情。早在公元前2世纪,希腊的天文学家们已经使用有效的测量方法初步测定了地月之间的距离。进入20世纪后,不断发展的无线电、光学和航天技术,又为地月距离的测量带来更为精确的手段。现在,我们已经可以将测量误差控制到厘米量级。

视差法是天体距离测量中最原始也是最简洁的方法。两个观测者在不同位置对同一天体进行测量,通过两个观测者之间的距离,以及天体在天空平面中的位置差异,就能推算出地球与天体的距离。在古代,天文学家手中没有足够准确的钟表,难以确保测量能够准确地在相同时间进行。因此,当时的测量一般是借助月食等自然现象来实现同步测量。近代后,随着测绘和授时技术的发展,天文学家们可以在同一经度上布设观测点,或者在约定的时间测量月球与特定恒星之间的角距离,由此推算地月距离。时至今日,一些天文爱好者仍然在通过这种方式,进行业余的地月距离测量活动。

第二次世界大战期间,雷达技术取得了突飞猛进的发展。20世纪五六十年代,相继有科学家将雷达瞄准了月球这个庞大的目标,尝试使用雷达测定地月距离。遗憾的是,由于雷达接收的无线电信号中噪声太强,这种方式并没有取得十分理想的效果,进行了几次概念性的试验后就不再使用。

激光测距是现代距离测量的常用手段。20世纪60年代初,一些天文学家利用月球表面反射激光,初步验证了这种方式测定地月距离的可行性。为了进一步提高测量的准确程度,执行阿波罗登月任务的宇航员们将3台角反射器安装在月球表面。科学家们利用激光测距仪器,瞄准月球上角反射器所在的位置发射一道激光后,通过捕捉角反射器反射回来的激光光子,计算激光在一去一回的过程中所花费的时间并与光速相乘,就能得到地球和月球间的距离。要用激光准确地照射到表面积并不大的角反射器,其难度与用枪击中3公里之外正在移动的硬币一样困难。由于光束不可避免的发散效应,即便使用直径长达3米的大型望远镜接收反射回的激光,也只能在激光发射1017个光子后才平均接收到一个光子。同时,在确定传播延迟时间时,要考虑激光穿过地球大气层时所发生的一些扰动和变化,进行相当复杂的计算后才能得到高精度的地月距离数据。

除了阿波罗登月安装的3台角发射器外,苏联的无人月球探测器也在月球表面布置了2台角发射器。世界各国的天文研究机构都可以利用这些角反射器开展地月距离测量工作。

目前,人们公认的地月距离为384399公里。如果你有机会查阅到地月距离测量的原始数据,就会发现地球和月球的距离有时高于或低于这一数值。这是因为月球围绕地球公转的轨道是一个椭圆。天文界使用的地月距离实际是这一椭圆轨道半长轴的长度。在月球绕地球公转的过程中,与地球实际的最近距离约为356500公里,最远距离约为406700公里。(■李会超)

责任编辑:小云

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