月亮距离我们有多远？科学家告诉你到月球要几步

1月22日晚，中国科学院云南天文台应用于天文研究团组的研究人员顺利地接管到了月球激光测距的脉冲信号，这是中国人首次顺利利用激光准确地测量地球距月球的距离。自古以来，人们对夜空中的月亮就充满著了奇怪、憧憬与赞美，关于月亮的各种神话传说、诗词歌赋数不胜数。当人们“举头望明月”时，可能会思维这样一个问题：月亮究竟距离地上的我们有多近呢？在现代测量技术问世前，最常用的测量地月距离的方法是视差法。

最先有记录的测量地月距离的是公元前四世纪时古希腊的天文学家，通过观测月蚀的几何方位，融合三角法计算出来出地月距离约是59—67倍地球半径。此后，人类利用还包括凌星法和雷达等在内的各种方法尝试测量地月距离，但测量精度都不低。

到了20世纪60年代，在实行登月计划之前，美苏开始展开激光测量月试验，但当时不能测量月面漫反射脉冲，测量精度十分受限。1969年7月21日，美国阿波罗11号登月顺利，人类第一次走上了月球的表面，登月宇航员带上了一个激光后向反射器阵列（Apollo11，图1），并将其摆放在月面预计方位上。顺利登月仅有数日之后，美国人即测得了来自Apollo11反射器的激光测距脉冲信号。

此后，美国利用阿波罗登月任务陆续在月面有所不同方位摆放了Apollo14、Apollo15角反射器阵列，前苏联先后利用月球车Luna17号与Luna21号在月面移往了Lunakhod17和Lunakhod21反射器阵列，月面上共计5个供展开激光测量月的角反射器阵列（如图2）。从此，月球激光测距LLR（LunarLaserRanging）沦为了最精准的地月距离测量手段。图1Apollo11反射器阵列图2月面反射器产于之后的几十年里，相继有法国、意大利、德国等的多家测站展开过激光测量月涉及研究（如图3），但是由于各种原因，需要顺利的只有极少数测站。

近几年，需要展开常规激光测量月的只有法国Grasse测站、意大利Matera测站以及美国APOLLO（ApachePointObservatoryLunarLaser－rangingOperation）测站。图3积极开展激光测量月研究的测站LLR作为最准确的地月距离测量手段至今已有近50年，其原理十分非常简单，即由地面测站向目标升空激光脉冲，测量激光脉冲的来往飞行中时间，融合光速，从而计算出来出有地面测站与目标之间的距离。但是，一座原始的LLR的地面站主要还包括望远镜系统、光路系统、光子探测系统以及其他辅助系统，这是一项牵涉到多学科领域的简单的仪器技术。

图4激光测量月原理示意图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具有最重要的价值，如测量月球的形状、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，等效原理的检验，万有引力常数的变化以及日月系统潮汐等。随着LLR资料的精度更加低（目前为亚厘米级），科学研究结果的准确性也在大大提升，LLR资料可用作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自1972年，至今已经历了从第一代到第三代的发展过程。中国科学院云南天文台应用于天文研究团组多年来仍然耕耘月球激光测距的涉及研究。

归功于近年来国产大功率激光器的产生（美国的高性能激光器仍然对中国经济制裁）和云南天文台1．2米望远镜硬件的升级，还有科研人员在多项关键技术如发送转镜的研制与掌控、望远镜的准确追踪指向模型、月面特征辨识、近于黯淡信号辨识等方面的突破，云南天文台再一不具备了激光测量月顺利的软硬件。他们在2017年11月先后多次展开了地面靶测距实验、较低轨卫星测距试验、中低轨卫星测距试验、同步卫星测距试验。2018年1月22日、23日，云南天文台倒数测得了来自月面接收器的几个脉冲信号，构建了中国月球激光测距从无到有的突破。月球激光测距的顺利将增进我国在地月科学等领域的科学研究，加剧我国对月球的了解。

月球激光测距技术由于其测量精度高的特点，将需要为我国引力波观测计划获取技术检验与反对。最重要的是高精度的地月距离测量，可以为我国的嫦娥搜月工程作出理应的贡献，坚信在旋即的将来，中国人的嫦娥奔月将由神话变成现实。

随着中国的科技发展与变革，月球激光测距技术将有机会给未来的深空观测卫星保驾护航。

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