从中国月球测距看阿波罗计划的遗产_风闻

2018年具备科学素质的公众比例达到了8.47%，2020年我国公民具备科学素质的目标比例超过10%。自诩爱国就可以不学无术吗，在文盲充斥的国家里，是不可能建设社会主义和共产主义的。新文盲不是不识字，而是不学习。

激光测距是一项综合技术, 它涵盖激光、光电探测、自动控制、空间轨道等多个学科领域。精确到厘米量级的地月间激光测距是目前对月球探测精度最高的技术手段, 其资料对天文地球动力学、地月系动力学、月球物理学以及引力理论验证等诸多学科的研究有着重要的价值 。

1964年10月, 美国NASA发射了第一颗带有后向反射器的卫星“Beacon-B”, 并很快实现了对其卫星激光测距SLR (Satellite Laser Ranging) 。不久, C.Alley, P.Bender, R.Dicke等提出了开创性的想法:将激光后向反射器放置于月球表面, 以开展LLR工作。1969年7月21日Apollo 11号登月成功, 宇航员N.Armstrong将激光后向反射器放置在月面预定位置上。1969年8月1日, 美国Lick天文台用3m望远镜成功地观测到来自Apollo 11反射器的激光测距回波信号;8月22日, 美国McDonald天文台的2.7m望远镜亦收到回波信号;随后对Apollo 11反射器进行成功测距试验的还有美国空军在亚利桑那州的剑桥研究实验室、法国的Pic du Mdi天文台和日本的东京天文台 [3] , 开创了人类对地球到月球距离进行精确测量的历史。随后美国又放置了Apollo 14和Apollo 15激光反射器。前苏联登月舱也在月面放置了Lunakhod 1和Lunakhod 2反射器, 而Lunakhod 1反射器仅在放置之初, 由前苏联Crinean天文台用2.6m望远镜和法国Pie du Mdi天文台用1.06m望远镜接收到回波信号, 此后再无有关接收到该反射器回波的报道。估计该反射器上可能蒙上了一层在月面探测中所溅起的灰尘。

反射器由100个称为 “角立方体” 的熔融硅块在 46 cm× 46 cm的铝钣上拼接而成。每个“角立方体”的直径为 3.8 cm。反射器把来自地面的激光束反射回发射源 ,以便测量激光脉冲来回的时间。

2018年1月22日晚，中国科学院云南天文台应用天文研究团组利用1.2m望远镜激光测距系统，多次成功探测到月面反射器Apollo15返回的激光脉冲信号，在国内首次成功实现月球激光测距。

在试验中，激光发射接收采取共光路工作方式，激光波长532nm，脉冲宽度为10ns，脉冲能量3.3J。地月平均距离为384403.9km，2018年1月22日晚21:25~22:31，地月间距离为385823.433km~387119.600km，实测距离的偏差在1m之内。

Apollo15测距数据

此次云南天文台成功实现月球激光测距填补了我国在月球激光测距领域的空白。

激光测月技术的最初目的是为了检验爱因斯坦广义相对论的等效原理, 而目前已不仅仅如此, 它发展到可以用LLR技术来测定诸如地球指向参数、测站坐标、地球的弹性参数、岁差、章动等运动特性参数以及与月球轨道的运动、月球天平动有关的一系列参数, 并进一步测定月面反射器的月面坐标等。利用LLR数据, 已经完成或正在进行的科学研究包括：

(1) 精确确定了月球的轨道, 自转, 固体潮以及月面发射器的位置。

(2) 精确测定love数K2=0.0257±0.0025 [9] 。给出爱因斯坦相对论参数。

(3) 精确测定月球的形状、大小以及表面特征, 同时探测到月球表面基本上没有大气和水分 [9] 。

(4) 月球引力产生的地球海洋潮汐对月球轨道的影响, 激光测距结果表明, 月球每年离开地球约3.8cm。

(5) 计算地心引力常数GM, 目前最精确的数字来自于LLR。精化了地球自转时间UT0或UT1 。

(6) 确定月球精密星历表, 月球方位参数以及月球物理天平动。

(7) 将来LLR达到mm级测量精度后, 有可能探测月球内部以及内核特征 , 确定月球流体核与固体幔的分界面, 潮汐耗散项, 还有可能测量月核的瞬时动量和章动, 验证爱因斯坦广义相对论 。