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地球与月亮的距离是多少(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?)

地月距离

应该很多人都知道地月之间的距离是38万公里。不过,你在实际观察中,也会发现月球有的时候大,有的时候小。要知道月球是不会自己变大变小的,因此,我们看到月球时大时效的原因其实是月球相对地球的远近不同。靠得近一点时,看到的就比较大,远一些,看到的就比较小。这其实是因为月球绕着地球的轨道并非是圆形的,而是椭圆的

月亮距离地球最近时只有35.7万千米,月球距离地球最远时可以达到40.6万千米。我们熟知的其实是平均距离,大概是38.5万千米。可以说,相对于地球和月球自身的尺寸来说,地月之间的距离是相当大。

因此,要测量地月之间的距离其实是一件很困难的事情。除了理论计算,我们是如何能够知道地月之间的距离的呢?如果用测量的方法,又有哪些具体的办法呢?今天,我们就来聊一聊这个问题。

测量地月之间的距离

实际上,天文测距在天文学界是一个非常常见的问题,测距的方法也有多种多样。比如:三角测量法,光谱法,激光测距法

要知道,测量地月之间的距离不仅仅是我们现代人才做得到,古代人一样可以做得到。所以,我们先来介绍一下古人的测量的方法。

曾经有个叫做伊巴谷的古希腊天文学家,他发明了很多精巧的观测仪器。

为了测量地月距离,他假定太阳光是平行光。然后通过在两个不同的地点对日全食进行观测,分别是在土耳其和亚历山大城。

在土耳其看到的是日全食的景象,而到了亚历山大城则观测到的是日偏食,其中月球遮挡住了五分之四的太阳面积。

这就能够推算出月球的视差,所谓视差就是相距目标物较远的两个不同的观测点,观测这个目标物所产生的方向差异,两个观测点和目标物会构成一个夹角,也就是视差角。

有了视差就能构造出一个相似三角形,再利用平面几何的方法计算出地月距离是37万千米,可以说,这已经和我们目前测到的数值比较接近了。

激光测距

伊巴谷的方法实际上只是一个近似,并不能得到一个比较精准的数值。那如何才能得到一个比较准确的测量数值呢?

如果是我们日常生活中进行测距,一般来说会有尺子,但是我们上哪找这么长的尺子?即使有这么长的尺子,我们也没办法拿着这把尺子来进行测量。那有没有可以代替尺子,而且也不需要我们用手拿的测距工具呢?

答案是:用激光。说白了,就是利用激光来回跑一趟,然后通过时间*光速=距离,就可以得到地月之间的距离了。

但这也需要月球上能有一面镜子或者接收装置。实际上,科学家确实是这么去做的。具体来说是这样的。当年美苏争霸时,就开启了一轮军备竞赛,其中就比拼过航天技术。双方都在比拼谁最先登月。后来,阿姆斯特朗所搭乘的”阿波罗11号“就登上了月球,这也是人类第一次实现载人登月技术。

在这次登月的任务中,阿姆斯特朗等人要做的事情其实有很多,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。除此之外,在众多的任务当中,就包含了地月测距的相关任务,他们需要在月球上放置一台激光测距反射镜阵列被动式月震仪

但是我们要知道的是,只用一台来对测距难免会发生误差较大的情况。因此,后来的两次当月过程中,还安排放置了复归反射器。科学家希望通过这种方式来实现精度的提升。

除了美国宇航局的这几次安排,当时的苏联虽然没有实现载人登月技术,但他们也在试图测量地月距离。他们也往月球上送了一些装置,其中就包含了两个激光测距反射镜阵列

因此,实际上有5套测距装置被送往了月球,其中有4台是运转良好的,只有苏联月球车1号所携带的激光测距反射镜阵列不太好使但4台装置完全可以保证这个测距的精度。

装置都安排好了后,剩下的事情就是进行具体的测距工作了。美国宇航局这边的安排时利用Lick天文台和McDonald天文台的装置来捕捉“阿波罗11号”反射器的激光测距回波信号。

除了美国之外,法国和日本的天文台确实也接收到了这些信号。后来,意大利、南非以及中国云南的天文台都接收到了“阿波罗15号”反射器的激光测距回波信号,这些天文台都做到了把精确控制在厘米级的水平,可以说相对于伊巴谷的方法测到的数据准确得多。

但我们要知道的是,其实天文台所接受的信号,说白了就是光子。科学家之所以利用的是激光,原理也在这里,因为激光比起一般的光要更具有稳定性。但是当光子进入到大气层之后,可能遇到许多干扰,除此之外,光子是参与到电磁力的,因此地球磁对光子也有很大的干扰。

同时还有宇宙中的引力波等都会对光子产生干扰。那要如何消除这些干扰呢?

这就不得不提到科学家用到的反光镜阵列了,在区区0.3平米的范围内,这个装置布满了140多个多角反射镜,然后用具有高度同向性的脉冲激光束打到月球上的装置上。为了确保精度,科学家甚至动用了原子钟,这个精度可以达到10^-15s的程度。

但即使是这样操作,能够顺利返回到地球的光子也很少很少。因此,为了确保精度,科学家通过大规模的测距,积攒数十年的数据来进行拟合,最后计算出月球的实际运动轨道,完成了测距的任务。中国也正在策划一个天琴计划,在这个计划当中,也有测量地月距离的任务,s使用的也是激光测距。

在激光测距过程中,其实还有一些理论被证实,比如:科学家确认一个发现,那就是月球正在离我们远去,这个速度大概是每年3.8厘米。速度是很慢很慢的,我们根本不需要担心有一天看不到月球。

科学实践是无止境的,目前可以说,激光测量的精度是最准确的。但未来很有可能出现一些全新的技术来帮助科学家进行测量。关于测量地月距离,我们就说到这里。