月球距离测量:从古至今的技术演进与中国的突破

作者: 李语强

来源: 科学大院

发布日期: 2018-02-08

本文详细介绍了测量地月距离的历史和技术演进,特别是激光测距技术的应用,以及中国在这一领域的最新突破。通过云南天文台的成功实验,中国首次实现了月球激光测距,为未来的深空探测和科学研究奠定了基础。

来一场说走就走的月球旅行?别开玩笑了,你知道有多远吗?

月亮与地球之间的平均距离大约是38万千米,由于月球环绕地球运行是一个椭圆形的轨道,每天地月之间的距离都不一样。同样是满月,月球距离地球最近时,月亮的视直径更大,视面积更大。精确测定地月距离对我们研究月球是非常必要的。

在现代月球激光测距技术诞生前,我们的前辈想精准测到这个数值可不容易。常用的测量地月距离的方法有:几何三角法、视差法、掩星法、雷达测距等。

月球激光测距LLR(Lunar Laser Ranging)作为目前最精确的地月距离测量手段,其原理十分简单,即由地面测站向目标发射激光脉冲,测量激光脉冲的往返飞行时间,结合光速,从而计算出地面测站与目标之间的距离。

1969年7月21日美国阿波罗11号登月成功,人类第一次踏上了月球的表面,登月宇航员带了一个激光后向反射器阵列,并将其放置在月面预定位置上。

此后,美国利用阿波罗登月任务相继在月面不同位置放置了Apollo14、Apollo15角反射器阵列,前苏联先后利用月球车Luna17号与Luna21号在月面安置了Lunakhod17和Lunakhod21反射器阵列,月面上共有5个可供进行激光测月的角反射器阵列。

LLR的观测资料对天文地球动力学、地月科学、月球物理学和引力理论等诸多科学研究有着重要的价值。随着LLR资料的精度越来越高(目前为亚厘米级),科学研究结果的准确性也在不断提高,LLR资料可用于研究的科学领域也在不断扩大。

我国的卫星激光测距工作始于1972年,至今已经历了从第一代到第三代的发展过程。目前,我国的人卫激光测距网由上海、武汉、北京、长春、昆明等观测站组成,都属于最新一代人卫激光测距系统。

2018年1月22日,云南天文台1.2米望远镜测距系统首次成功探测到月面反射器Apollo15的激光回波!测定在2018/1/22日13:05:22(UTC),测站与Apollo15之间的距离为385199028.5米,测量结果的偏差在一米之内。

月球激光测距的成功将促进我国在地月科学等领域的科学研究,加深我国对月球的认识。月球激光测距技术由于其测量精度高的特点,将能够为我国引力波探测计划提供技术验证与支持。随着中国的科技发展与进步,月球激光测距技术将有机会给未来的深空探测卫星保驾护航。最重要的是,高精度的地月距离测量,可以为我国的嫦娥探月工程做出贡献,将中国人的嫦娥奔月由神话变为现实。

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