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地球和月球之间的平均距离是38万公里?科学家是如何测量出来的?

地球和月球之间的平均距离是38万公里?科学家是如何测量出来的?

事实上,天文测距是天文界一个很普遍的问题,测距的方法多种多样。例如:三角测量、光谱学、激光测距。

要知道,测量地月距离不仅对我们现代人来说是可以的,对古代人来说也是可以的。那么,我们先来介绍一下古人的测量方法。

从前有一位名叫喜帕恰斯的古希腊天文学家,他发明了许多精密的观测仪器。

为了测量地球和月球之间的距离,他假设太阳光是平行光。然后从土耳其和亚历山大的两个不同地点观察日全食。

在土耳其看到的是日全食,而在亚历山大港看到的是日偏食,月亮遮挡了太阳五分之四的面积。

这样就可以计算出月亮的视差了。所谓视差就是距离目标物体较远的两个不同观察点之间的方向差。两个观察点与目标物体会形成一个角度,即视差角。

有了视差,可以构造一个相似的三角形,然后用平面几何的方法计算出地球和月球的距离为37万公里。

可以说,这已经比较接近我们目前测得的数值了。

激光测距

Hipparco的方法实际上只是一种近似,并不能得到更准确的值。那么如何才能得到更准确的测量值呢?

如果我们在日常生活中测量距离,一般来说都会有尺子,但是这么长的尺子哪里找呢?即使有这么长的尺子,我们也不能拿着这把尺子去量。

有没有一种可以代替尺子,不需要我们用手拿着的测距工具呢?

答案是:用激光。说白了,就是用激光来回运行,然后通过时间*光速=距离,得到地球和月球的距离。

但这也需要月球上有一面镜子或接收装置。事实上,科学家们确实如此。具体是这样的。就在美苏争霸之际,一轮军备竞赛打响,航空航天技术在它们之间展开较量。

双方都在比赛,看谁先登上月球。后来,阿姆斯特朗的“阿波罗十一号”登上了月球。这也是人类首次实现载人登月技术。

在这次登月任务中,阿姆斯特朗等人其实有很多事情要做,尤其是与科学研究相关的,比如:采集月球表面的岩石标本等等。此外,在众多任务中,还包括地月测距的相关任务。他们需要在月球上放置激光测距镜阵列和被动式月球地震仪。

但我们需要知道的是,仅用一台设备测距难免会出现较大的误差。

因此,在接下来的两个月的过程中,也安排了后向反射器的放置。科学家们希望通过这种方式提高精度。

除了NASA的这几项安排外,当时的苏联虽然没有实现载人登月技术,但也在尝试测量地月距离。他们还向月球发送了一些设备,包括两个激光测距镜阵列。

因此,实际上向月球发射了5套测距仪,其中4套工作正常,只有苏联“月球车1号”搭载的激光测距反射镜阵列工作不佳。

但是4台设备完全可以保证这个测距的准确性。

设备布置好后,剩下的就是进行具体的测距工作。NASA的安排是利用利克天文台和麦克唐纳天文台的设备,捕捉“阿波罗11号”反射器的激光测距回波信号。

除了美国,法国和日本的天文台也确实接收到了信号。随后,意大利、南非和中国云南的天文台都收到了来自“阿波罗15号”反射器的激光测距回波信号。

通过该方法获得的数据更加准确。

但我们需要知道的是,其实天文台接收到的信号,说白了就是光子。科学家之所以使用激光,也是这里的原理,因为激光比普通光更稳定。但是当光子进入大气层时,可能会遇到很多扰动。另外,光子参与了电磁力,所以地磁对光子也有很大的干扰。

同时,宇宙中的引力波会干扰光子。

那么如何消除这些干扰呢?

这就不得不提到科学家们使用的反射器阵列。在0.3平方米的面积内,这个装置布满了140多个多边形反射器,然后以高度各向同性的脉冲激光束打向月球。在设备上。为了保证精度,科学家们甚至使用了原子钟,精度可以达到10^-15s。

但即使进行了这种操作,能够使其返回地球的光子也很少而且相差甚远。因此,为了保证精度,科学家们通过大规模测距积累了几十年的数据进行拟合,最终计算出月球的实际运行轨道,完成了测距任务。

中国也在筹划天秦项目。在这个计划中,还有一个测量地月距离的任务,s也用到了激光测距。

在激光测距的过程中,其实已经有一些理论得到了证实。例如,科学家证实了一项发现,即月球正在远离我们,速度约为每年3.8厘米。速度很慢,也不用担心有一天看不到月亮。

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