從中國月球測距看阿波羅計劃的遺產_風聞

2018年具備科學素質的公眾比例達到了8.47%，2020年我國公民具備科學素質的目標比例超過10%。自詡愛國就可以不學無術嗎，在文盲充斥的國家裏，是不可能建設社會主義和共產主義的。新文盲不是不識字，而是不學習。

激光測距是一項綜合技術, 它涵蓋激光、光電探測、自動控制、空間軌道等多個學科領域。精確到釐米量級的地月間激光測距是目前對月球探測精度最高的技術手段, 其資料對天文地球動力學、地月系動力學、月球物理學以及引力理論驗證等諸多學科的研究有着重要的價值 。

1964年10月, 美國NASA發射了第一顆帶有後向反射器的衞星“Beacon-B”, 並很快實現了對其衞星激光測距SLR (Satellite Laser Ranging) 。不久, C.Alley, P.Bender, R.Dicke等提出了開創性的想法:將激光後向反射器放置於月球表面, 以開展LLR工作。1969年7月21日Apollo 11號登月成功, 宇航員N.Armstrong將激光後向反射器放置在月面預定位置上。1969年8月1日, 美國Lick天文台用3m望遠鏡成功地觀測到來自Apollo 11反射器的激光測距回波信號;8月22日, 美國McDonald天文台的2.7m望遠鏡亦收到回波信號;隨後對Apollo 11反射器進行成功測距試驗的還有美國空軍在亞利桑那州的劍橋研究實驗室、法國的Pic du Mdi天文台和日本的東京天文台 [3] , 開創了人類對地球到月球距離進行精確測量的歷史。隨後美國又放置了Apollo 14和Apollo 15激光反射器。前蘇聯登月艙也在月面放置了Lunakhod 1和Lunakhod 2反射器, 而Lunakhod 1反射器僅在放置之初, 由前蘇聯Crinean天文台用2.6m望遠鏡和法國Pie du Mdi天文台用1.06m望遠鏡接收到回波信號, 此後再無有關接收到該反射器回波的報道。估計該反射器上可能蒙上了一層在月面探測中所濺起的灰塵。

反射器由100個稱為 “角立方體” 的熔融硅塊在 46 cm× 46 cm的鋁鈑上拼接而成。每個“角立方體”的直徑為 3.8 cm。反射器把來自地面的激光束反射回發射源 ,以便測量激光脈衝來回的時間。

2018年1月22日晚，中國科學院雲南天文台應用天文研究團組利用1.2m望遠鏡激光測距系統，多次成功探測到月面反射器Apollo15返回的激光脈衝信號，在國內首次成功實現月球激光測距。

在試驗中，激光發射接收採取共光路工作方式，激光波長532nm，脈衝寬度為10ns，脈衝能量3.3J。地月平均距離為384403.9km，2018年1月22日晚21:25~22:31，地月間距離為385823.433km~387119.600km，實測距離的偏差在1m之內。

Apollo15測距數據

此次雲南天文台成功實現月球激光測距填補了我國在月球激光測距領域的空白。

激光測月技術的最初目的是為了檢驗愛因斯坦廣義相對論的等效原理, 而目前已不僅僅如此, 它發展到可以用LLR技術來測定諸如地球指向參數、測站座標、地球的彈性參數、歲差、章動等運動特性參數以及與月球軌道的運動、月球天平動有關的一系列參數, 並進一步測定月面反射器的月面座標等。利用LLR數據, 已經完成或正在進行的科學研究包括：

(1) 精確確定了月球的軌道, 自轉, 固體潮以及月面發射器的位置。

(2) 精確測定love數K2=0.0257±0.0025 [9] 。給出愛因斯坦相對論參數。

(3) 精確測定月球的形狀、大小以及表面特徵, 同時探測到月球表面基本上沒有大氣和水分 [9] 。

(4) 月球引力產生的地球海洋潮汐對月球軌道的影響, 激光測距結果表明, 月球每年離開地球約3.8cm。

(5) 計算地心引力常數GM, 目前最精確的數字來自於LLR。精化了地球自轉時間UT0或UT1 。

(6) 確定月球精密星曆錶, 月球方位參數以及月球物理天平動。

(7) 將來LLR達到mm級測量精度後, 有可能探測月球內部以及內核特徵 , 確定月球流體核與固體幔的分界面, 潮汐耗散項, 還有可能測量月核的瞬時動量和章動, 驗證愛因斯坦廣義相對論 。