雷达测月和激光测月

用三角法测量得到的地月平均距离为384 400千米，这已经很精确了。但是，天文学家们并不满足。雷达测月便是从20世纪50年代后期开始发展起来的新方法，当时雷达技术是人类探索太阳系天体的卓有成效的新手段。

雷达测月的方法直截了当。如图11所示，在地球上的某天文台A向月球发出一个无线电脉冲，并记下发出脉冲的时刻t₁；这个脉冲信号到达月球上的B点后，又反射回A点，记下接收到返回信号的时刻t₂。电波传播的速度就是光的传播速度c，它在（t₂－t₁）这段时间内走过的路程是c（t₂－t₁），这正是在A、B两点之间往返一次的长度，所以A、B之间的距离便是c（t₂－t₁）/2。再经过一些推算，即可定出月球中心到地球中心的距离。

图11　雷达测月示意图。A是地球上的一座天文台，它的雷达发出的无线电脉冲从月球上的B点反射回来

早在1946年，就有人首次尝试用雷达测量地球到月球的距离。第一次成功的“雷达测月”是1957年的事，从那以后这种方法取得了很大的进展。通过系统的测量得知，地月平均距离为384 400千米，其误差不超过1千米。

激光的发明为整个科学技术领域提供了强大的新武器。1960年，第一台红宝石激光器问世，从此激光技术便飞速向前发展。这使天文学家获得了将雷达天文学扩展到光学波段的可能。在测量月地距离时，人们用“光雷达”取代无线电雷达，这便是现在很受推崇的“激光测月”工作。由于激光的方向性极好，光束非常集中，单色性极强，因此它的回波很容易与其他来源的光（例如背景太阳光）区分开来，所以激光测月的精度也远较雷达测月为高。

最初成功地接收到来自月面的激光脉冲回波是在1962年，它为激光测月拉开了序幕。7年之后，即1969年7月，美国的“阿波罗11号”宇宙飞船第一次将两位宇航员送上月球，他们在月面上安放了第一个供激光测距用的光学后向反射器组件。它的大小是46厘米见方，上面装着100个熔石英制成的后向反射器，每个直径为3.8厘米。这种反射器实际上是一个四面体棱镜。它有一种奇妙的特性：当一束光以任何角度投向第四个面时，它依次经过另外三个直角面反射，最后仍然从第四个面射出，而且出射方向严格地与入射方向平行，因此，反射光将严格地沿着原方向返回发射站。这样，利用面积很小的反射器组件就可以使地球上接收到从月球返回的激光回波，而且波束不会扩散得很宽，可以获得极高的测量精度。1969年8月1日，美国里克天文台首次接收到从月面上的后向反射器返回的强回波信号，由此测定的距离精度已高达7米。人们在月球上一共安放了5个后向反射器组件，到20世纪80年代，测月精度就已经达到8厘米左右。

应用精确的月球测距资料，人们对月球环绕地球的轨道运动琢磨得更透彻了。这对于研究月球的内部结构、地月系统的质量、地球的自转、地极的移动以及检验引力理论等，都具有很重要的意义。

激光测月比过去采用三角法测定月球距离的精度提高了上千倍，20世纪末借助更优质的新颖激光器，更使测距精度达到了2～3厘米。这必将有助于更好地了解月球和地球的物理性质，更有力地促进天文学和其他相关科学技术的新发展。