来一场说走就走的月球旅行?别开玩笑了,你知道有多远吗?
还记得不久前的那轮超级蓝色红月亮吗?那天晚上的月亮又圆又大,人们都感觉月亮离我们近了许多,那么,月亮究竟离我们有多远?
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、掩星法和雷达测距。
激光测距登上舞台!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,如测定月球的形状、大小以及表面特征和内部结构,引力理论和广义相对论效应的检验,等效原理的验证,万有引力常数的变化以及日月系统潮汐等。
由于月亮与地球之间距离极远,诸多技术上的挑战随之而来。测定月地距离的困难主要是回波光子数极少,因为回波光子数跟距离的四次方成反比。诸如望远镜的精确指向,弱信号探测等也是技术难点。
1969年8月1日,美国Lick天文台用3米口径的望远镜成功地观测到来自Apollo11反射器的激光测距回波信号。此后,McDonald站一直发展完善,成为了全球最重要的激光测月站之一。之后几十年里,陆续有法国、意大利、德国、澳大利亚、俄罗斯、日本、南非等多家测站进行过激光测月相关研究。
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!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1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。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。