月球雷射測距實驗是一項通過雷射進行地月距離的科學測量。它的原理是將具有高度同向性脈衝雷射束射向人工放置在月球表面的角反射鏡，利用角反射鏡的特殊光路性質，通過傳送接收時間差計算出地月距離。
基本介紹
- 中文名：月球雷射測距實驗
- 定義：通過雷射進行地月距離的科學測量
- 原理：具有高度同向性脈衝雷射束射
- 通過：傳送接收時間差計算出地月距離
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簡介
月球雷射測距：利用雷射直接測定月球距離的技術。它的基本原理是﹕通過望遠鏡從地面測站向月球發射一束脈衝雷射﹐然後接收從月球表面反射回來的雷射回波﹐通過測站上的計數器測定雷射往返的時間間隔﹐便可推算出月球距離。月球雷射測距的原理與經典的天體方位測量原理完全不同。大氣對測距的影響很小﹐可以根據測站的氣象資料加以修正。在地平高度10°以上﹐大氣改正的誤差小於1厘米﹐因此大氣折射不再是觀測精度的嚴重障礙。但由於回波很弱﹐觀測要求有很好的透明度。
原理
月球雷射測距是在1962～1963年雷射技術問世後不久著手試驗的。最初只能接收月球天然表面漫反射的雷射回波﹐由於回波波形無法縮窄﹐加以地面儀器設備不夠完善﹐測距精度很低。1969年7月﹐美國進行第一次載人登月飛行﹐太空人在月面上安放了第一個後向反射器裝置。它的大小為46厘米見方﹐上面裝有100個熔石英材料的後向反射器﹐每個直徑為 3.8厘米。這種反射器實際上是一個光學的四面體稜鏡。它有一個很有用的特性﹕當一束光線從第四面射入﹐經過三個直角面依次反射後﹐仍從第四面射出﹐這一特性能保證反射光訊號沿原發射方向返回地面測站﹐使回波強度大大增加。這樣﹐利用面積很小的反射器組合就可以使地球上收到雷射回波﹐而且波形不會因此變寬﹐因而可以達到很高的測距精度。後向反射器的套用﹐使月球雷射測距的精度大大提高。目前﹐在月球上共安放了五個後向反射器裝置﹐地面測距系統也日趨完善。近年來測距精度已達到8厘米左右。
月球雷射測距系統中採用的雷射器大多是脈衝紅寶石雷射器﹐脈衝功率高達千兆瓦﹐脈衝寬度為2～4毫微秒。雷射束經過望遠鏡準直後的發散角僅2～4角秒﹐一般幾秒鐘發射一次。發射和接收可使用同一個望遠鏡﹐其口徑一般要大於1米。回波光訊號極其微弱﹐通常在接收器的陰極面上僅能產生一個光電子﹐所以相應地發展了一套單光電子接收技術。在最近研製的新型月球測距系統中﹐採用了脈寬小於1毫微秒的釔鋁石榴石雷射器。這樣﹐就有可能在幾年內使測距精度達到2～3厘米﹐相對精度為5×10。
進展
地面測站與月面反射器之間的距離及其變化包含了十分豐富的信息。幾年來﹐套用精確的月球測距資料﹐已經大大改進了月球的軌道計算﹔研究了月球物理天平動和內部結構模型﹔精確測定了反射器的月面坐標﹐改進了地面測站的地心坐標以及地月系的質量數據﹔同時還檢驗了引力理論﹐證明了廣義相對論的正確性。今後還會運用精確的月球測距資料來研究地和極移﹑測量板塊運動等十分重要的課題。
