Jak określić odległość do księżyca. Z jakiegoś powodu wszystkie pozostałe planety Układu Słonecznego pasują dokładnie między Ziemią a Księżycem. Krótka historia problemu
Ciekawość jest jedną z głównych cech charakteru każdej osoby. To jej ludzkość zawdzięcza większość odkryć naukowych i korzyści płynące z postępu technicznego na ich podstawie. Od najdawniejszych czasów ludzie z zaciekawieniem spoglądali na nocne niebo, na którym świeciły niezliczone gwiazdy, a po niebie powoli unosił się księżyc. Nic dziwnego, że od tego czasu marzenie o odwiedzeniu jakiegoś niebiańskiego ciała nie opuściło człowieka.
Wynalazek teleskopu potwierdził przypuszczenie, że Księżyc znajduje się w minimalnej odległości od Ziemi. Od tego momentu pisarze science fiction w swoich powieściach wysyłali nieustraszonych podróżników do tego niebiańskiego ciała. Ciekawe, że proponowane metody były dość zgodne z duchem tamtych czasów: pocisk, rakieta oparta na silniku odrzutowym, substancja antygrawitacyjna Słowo kluczowe (H. Wells) itd. Prawda, nikt nie potrafił dokładnie określić, jak długo ma lecieć na Księżyc.
Od tamtego czasu minęło sporo czasu. Chociaż określenie „dużo” odnosi się do długości życia ludzkiego, ale w przypadku historii minęła tylko chwila. Teraz to, co naturalne, jest coraz częściej postrzegane nie tylko jako abstrakcyjny cel lotu, ale jako podstawa pod przyszłe podstawy. Obejmują one osady pod wytrzymałą kopułą, zamknięte miasta pod powierzchnią, zautomatyzowane obserwatoria i stacje napełniania statków kosmicznych. Doprawdy, lot fantazji nie ma granic. Zaskakujące jest, że podczas gdy wielu nawet nie wie, ile na Księżyc.
Teraz odległość od Ziemi do satelity jest obliczana z dużą dokładnością. Dlatego znając prędkość, możesz obliczyć, ile czasu zajmie lot na Księżyc. Wiadomo, że odległość między centralnymi punktami tych ciał niebieskich wynosi 384 400 km. Ale ponieważ aby określić czas podróży, musisz znać ścieżkę między powierzchniami, musisz odjąć wartości promieni. Dla Ziemi jest to 6378 km, a dla satelity 1738 km. Dokładna odpowiedź na pytanie: „Jak długo lecieć na Księżyc?” sugeruje konieczność uwzględnienia specyfiki orbity naszego naturalnego satelity. Jak wiecie, Księżyc jest blisko owalu (czyli eliptycznego), więc długość ścieżki waha się nawet o 12%, czyli całkiem sporo. Czyli na najbliższym podejściu (perygeum) odległość wynosi 363 104 km, ale w odległym punkcie (apogeum) to już 405 696 km. Biorąc pod uwagę sumę ich promieni, od mniejszej liczby odejmujemy znane wartości iw rezultacie otrzymujemy 354 988 km. To jest odległość od Ziemi do powierzchni Księżyca.
Opierając się na odległości wyrażonej powyżej, możesz zdecydowanie określić, jak długo ma lecieć na Księżyc. Pozostaje tylko wziąć pod uwagę szybkość, z jaką planuje się przeprowadzić taką upragnioną podróż. Tak więc czas lotu na powierzchnię naturalnego satelity zależy od wybranego pojazdu i trwa:
160 dni podczas prowadzenia samochodu poruszającego się z prędkością około 100 km / h;
W związku z tym samolot lecący z prędkością co najmniej 800 km na godzinę zajmie „tylko” 20 dni;
Statki amerykańskiego programu Apollo dotarły na powierzchnię naszego satelity w trzy dni i cztery godziny;
Po rozwinięciu drugiego z prędkością 11,2 km / s, pokonanie tego dystansu będzie możliwe w 9,6 godziny;
Po przemianie w czystą energię (pamiętajcie o "Space Odyssey" Arthura Clarke'a) i przemieszczaniu się z (300 000 km / s), cel można osiągnąć w marnym 1,25 s;
Cóż, dla zwolenników powiedzenia: „Im ciszej jedziesz - tym dalej będziesz!”. będziesz musiał spędzić co najmniej dziewięć lat, jeśli będziesz chodzić w normalnym tempie z prędkością 5 km / h.
Oczywiście pytanie brzmi: "Jak długo leci na Księżyc?" w chwili obecnej można to już uznać za rozwiązane. Pozostaje tylko wybrać pojazd, następnie, w zależności od podjętej decyzji, zaopatrzyć się w odpowiednią cierpliwość, wymaganą ilość prowiantu i ruszyć w drogę.
Zgadzam się, kosmos, obce planety, gromady gwiazd - to bardzo, bardzo ekscytujący temat. Na przykład, jaka jest odległość do księżyca? Z pewnością wielu z was zadało kiedyś to pytanie! Albo jakie jest jego pochodzenie? A na czym to polega? A może nawet ktoś tam mieszka? Cóż, przynajmniej mikroorganizmy? Odległość do Księżyca zawsze interesowała ludzkość.
Opracowanie koncepcji księżyca
Ten niebiański obiekt przyciągał uwagę ludzi od czasów starożytnych. A u zarania rozwoju astronomii Księżyc stał się jednym z pierwszych obiektów do obserwacji i badań. Informacje o próbach prześledzenia wzoru jego ruchu na firmamencie i wyjaśnienia go sięgają kultur sumeryjskich, babilońskich, starożytnych cywilizacji chińskiej i egipskiej. I oczywiście do starożytnej Grecji. Pierwszą znaną próbę obliczenia odległości do Księżyca (a także do Słońca) podjął Arystarch z Samos.
na naszego towarzysza pierwszych ludzi, zrobił to w nieco ponad trzy dni. Jednak tutaj problemem jest nie tylko prędkość samego aparatu, ale konieczność obliczenia ruchu księżyca, latania po pewnym łuku i lądowania w wymaganym miejscu. Tak więc ścieżka biegnie raczej po łuku niż po linii prostej. Rekordowy czas, jaki zajęło dziś zbudowanemu przez człowieka statek kosmiczny dotarcie do satelity, to 8 godzin i 35 minut. To był statek kosmiczny New Horizons wystrzelony przez NASA.
Czy odległość od Ziemi do Księżyca rośnie?
Tak! Naprawdę jest. Nasz satelita porusza się niejako po spiralnej orbicie. I co roku odległość do niego zwiększa się o około 4 centymetry. To sporo dla indywidualnego obserwatora. Jednak nasi odlegli przodkowie będą widzieć księżyc znacznie rzadziej. Co więcej, osłabiające się oddziaływanie grawitacyjne z nim pociągnie za sobą zmniejszenie aktywności odpływów i odpływów na Ziemi oraz znacząco zmieni warunki klimatyczne na naszej planecie.
Jeśli choć trochę zainteresował Cię temat kosmosu i naszego w nim miejsca, na pewno zastanawiałeś się: jaka jest odległość Ziemi od Księżyca.
Zwiększoną uwagę zwróconą na księżyc można wyjaśnić w bardzo prosty sposób. Dzieje się tak, ponieważ jest to naturalny satelita naszej planety. Co więcej, znajduje się najbliżej wszystkich satelitów względem Słońca. Oznacza to, że jest nierozerwalnie z nami związany. Warto również zauważyć, że zajmuje drugie miejsce pod względem jasności i piąte co do wielkości. Ale dotyczy to tylko układu słonecznego.
Jak wcześniej obliczono odległość od Ziemi do Księżyca
Jak wiecie, satelita naszej planety został odkryty w. Co ciekawe, nawet wtedy ludzie mieli pytanie, w jakiej odległości się od niego znajduje.
Wielu naukowców stosuje różne metody obliczania odległości między Ziemią a Księżycem.
To właśnie teraz, dzięki nowoczesnej i kosmicznej technologii, odwiedziliśmy go, zbadaliśmy i zmierzyliśmy wszystko, co jest możliwe. Ale jak starożytni astronomowie obliczyli ten przedział?
W rzeczywistości Księżyc jest pierwszym ciałem kosmicznym, którego odległość można określić. Jak się okazało, naukowcy ze starożytnej Grecji zrobili to pierwsi.
Na przykład Arystarch z Samos. Określił kąt między Słońcem a Księżycem na 87 stopni. Stąd wynika, że \u200b\u200bsatelita planety znajduje się 20 razy bliżej niż nasza główna gwiazda. Teraz wiemy, że jest to błędny pogląd. Oczywiście astronom wykorzystywał wówczas dostępne narzędzia do obliczeń i nie dysponował dostępną nam wiedzą. Ale w każdym razie przyczynił się do tego problemu.
Kilkaset lat przed naszą erą Eratostenes z Cyreny określił promień Ziemi. Co ciekawe, niewiele różni się od współczesnych wskaźników. Ale sam fakt wykorzystania promienia planety i obliczenia odległości do satelity już w tym czasie był po prostu szokujący. Niech starożytne obliczenia nie są całkowicie poprawne, ale położyły podwaliny pod rozważenia tej kwestii.
Na przykład inny naukowiec Hipparch z Nicei, opierając się na obserwacjach ruchu naszego satelity, wyraził swoją opinię. Uważał, że szczelina Ziemia-Księżyc jest 60 razy większa niż promień planety.
Nowoczesne obliczenia
Teraz astronomowie nie tylko obliczają odległość między Ziemią a Księżycem, ale także obliczają ruch naszego satelity. W końcu, jak się okazało, jest w ciągłym ruchu. Dlatego przestrzeń, która nas dzieli, również się zmienia.
W rzeczywistości na podstawie zebranej wiedzy powstały metody, które umożliwiają pomiar przestrzeni między obiektami kosmicznymi z dużą dokładnością.
Współczesne obliczenia opierają się na teorii Browna, która powstała w XIX i XX wieku. Już wtedy był używany wzór trygonometryczny z ponad 1400 pozycjami. Ponadto opisała ruch księżyca.
Obecnie do pomiaru odstępu między ciałami astronomicznymi stosuje się różne metody. Na przykład metoda radarowa. Rzeczywiście, pozwala wyznaczyć odległość z dokładnością do kilku kilometrów.
Jedną ze specyficznych technik pomiarowych była metoda odległości laserowej. Na nim odległość jest określana z niewielką niedokładnością (tylko kilka centymetrów). Wykorzystuje reflektory narożne, które są zainstalowane na Księżycu. Ciekawe, że w tym celu w latach 70. uruchomiono cały program Apollo. W wyniku udanych operacji kilka reflektorów zostało dostarczonych na powierzchnię satelity planety i zainstalowanych. W ten sposób naukowcy byli w stanie przeprowadzić sesje laserowe. W rezultacie ustalono najdokładniejszą odległość od Ziemi do Księżyca.
Ponadto obliczenia teoretyczne mają taką samą ważność.
Jaka jest odległość od Ziemi do Księżyca
Ponieważ Księżyc jest w ciągłym ruchu, ścieżka do niego również odpowiednio się zmienia. Satelita planety okresowo zbliża się lub oddala od Ziemi. Z tego powodu naukowcy obliczają średnią odległość. Ważne jest, aby był mierzony między osiami środków ciał. Ponadto pomiar odbywa się w kilometrach, na które wpływają okresy ruchu obiektów, ich fazy, cykle i okresy interakcji.
W tym momencie odległość od Ziemi do Księżyca wynosi 384399
km. Jednak często bierze się pod uwagę średnią liczbę tego przedziału 384400
km.
Dodatkowo trzeba wiedzieć, że z każdym rokiem odległość między nami a naszym satelitą zwiększa się o około 4 cm, głównie za sprawą spiralnego ruchu planety po jej orbicie, co zmniejsza siłę grawitacji. Który, jak wiesz, trzyma ciało.
Podsumowując, możemy powiedzieć, że ciągły ruch ciał kosmicznych wymaga uwagi. Ponieważ wraz z tym ruchem zmieniają się właściwości i luka między obiektami. Oczywiście współczesna astronomia nadal obserwuje i bada kosmos. A to na pewno ma duże znaczenie.
Ruch to życie
Arystoteles
Kilka interesujących faktów
Księżyc to jedyny obiekt astronomiczny odwiedzony przez ludzi (nie licząc Ziemi).
Istnieje tak zwana iluzja księżyca. W momencie, gdy znajdzie się poniżej horyzontu, pojawia się złudzenie optyczne. Dokładniej, jego rozmiar wydaje się nam większy niż wtedy, gdy jest wysoko na niebie.
Jak wiesz, światło jest najszybsze na świecie. Potrzeba trochę więcej niż sekundy, aby pokonać odległość od Ziemi do Księżyca.
Teoretycznie wszystkie planety naszego Układu Słonecznego zmieściłyby się w szczelinie między Ziemią a Księżycem.
384 467 kilometrów - tyle dzieli nas od najbliższego dużego ciała kosmicznego, naszego jedynego naturalnego satelity - Księżyca. To nasuwa pytanie: skąd naukowcy się o tym dowiedzieli? Przecież w rzeczywistości nie możesz przejść z Ziemi na Księżyc z miernikiem w rękach!
Niemniej próby zmierzenia odległości do Księżyca podejmowano już w starożytności. Starał się tego dokonać starożytny grecki naukowiec Arystarch z Samos, ten sam, który jako pierwszy wyraził ideę systemu heliocentrycznego! Wiedział też, że Księżyc, podobnie jak Ziemia, ma kształt kuli i nie emituje własnego światła, ale świeci odbitym światłem słonecznym. Zasugerował, że w czasie, gdy Księżyc wygląda jak pół-dysk dla obserwatora z Ziemi. Pomiędzy nią, Ziemią a Słońcem, powstaje trójkąt prostokątny, w którym odległość między Księżycem a Słońcem oraz między Księżycem a Ziemią to nogi, a odległość między Słońcem a Ziemią to przeciwprostokątna.
Dlatego musisz znaleźć kąt między kierunkami do Księżyca i do Słońca, a następnie za pomocą odpowiednich obliczeń geometrycznych obliczyć, ile razy noga Ziemia-Księżyc jest krótsza niż przeciwprostokątna Ziemia-Słońce. Niestety ówczesna technologia nie pozwoliła nam dokładnie określić czasu, w którym Księżyc zajmuje pozycję na wierzchołku wspomnianego trójkąt prostokątnyiw takich obliczeniach mały błąd w pomiarach prowadzi do dużych błędów w obliczeniach. Arystarch mylił się prawie 20 razy: okazało się, że odległość do Księżyca jest 18 razy mniejsza niż odległość do Słońca, w rzeczywistości jest to mniej niż 394 razy.
Dokładniejszy wynik uzyskał inny starożytny grecki naukowiec - Hipparch. To prawda, trzymał się systemu geocentrycznego, ale powód zaćmienia Księżyca rozumiane poprawnie: księżyc wpada w cień ziemi, a ten cień ma kształt stożka, którego wierzchołek znajduje się z dala od księżyca. Kontur tego cienia można zaobserwować podczas zaćmienia na tarczy Księżyca, a po zagięciu krawędzi można określić stosunek jego przekroju poprzecznego do wielkości samego Księżyca. Biorąc pod uwagę, że Słońce jest znacznie dalej niż Księżyc, można było obliczyć, jak daleko musiałby znajdować się Księżyc, aby cień skurczył się do tej wielkości. Takie obliczenia doprowadziły Hipparchosa do wniosku, że odległość Ziemi od Księżyca wynosi 60 promieni Ziemi, czyli 30 średnic. Średnica Ziemi została obliczona przez Eratostenesa - w przeliczeniu na współczesne miary długości 12 800 kilometrów - tak więc według Hipparcha odległość od Ziemi do Księżyca wynosi 384 000 kilometrów. Jak widać, jest to bardzo bliskie prawdy, zwłaszcza jeśli weźmie się pod uwagę, że miał tylko proste urządzenia goniometryczne!
W XX wieku odległość Ziemi od Księżyca była mierzona z dokładnością do trzech metrów. W tym celu około 30 lat temu na powierzchnię naszego kosmicznego „sąsiada” dostarczono kilka reflektorów. Skupiona wiązka laserowa jest wysyłana z Ziemi do tych reflektorów, znana jest prędkość światła, a odległość do Księżyca jest obliczana na podstawie czasu, w którym promień lasera przemieszcza się „tam iz powrotem”. Ta metoda nosi nazwę zakresu laserowego.
Mówiąc o odległości od Ziemi do Księżyca, należy pamiętać, że mówimy o średniej odległości, ponieważ orbita Księżyca nie jest kołowa, ale eliptyczna. W punkcie najbardziej oddalonym od Ziemi (apogeum) odległość Ziemi od Księżyca wynosi 406 670 km, a na najbliższym (perygeum) - 356 400 km.
Księżyc od niepamiętnych czasów był stałym satelitą naszej planety i najbliższym jej ciałem niebieskim. Oczywiście człowiek zawsze chciał tam pojechać. Ale jak daleko jest tam lecieć i jak daleko to jest?
Odległość od Ziemi do Księżyca jest teoretycznie mierzona od środka Księżyca do środka Ziemi. Nie można zmierzyć tej odległości zwykłymi metodami stosowanymi w życiu codziennym. Dlatego odległość do satelity Ziemi została obliczona za pomocą wzorów trygonometrycznych.
Podobnie jak Słońce, Księżyc doświadcza ciągłego ruchu na ziemskim niebie w pobliżu ekliptyki. Jednak ruch ten znacznie różni się od ruchu Słońca. Zatem płaszczyzny orbit Słońca i Księżyca różnią się o 5 stopni. Wydawać by się mogło, że w efekcie trajektoria Księżyca na ziemskim niebie powinna być generalnie zbliżona do ekliptyki, różniąc się od niej jedynie przesunięciem o 5 stopni:
Pod tym względem ruch Księżyca przypomina ruch Słońca - z zachodu na wschód, w kierunku przeciwnym do codziennego obrotu Ziemi. Ale ponadto księżyc porusza się po ziemskim niebie znacznie szybciej niż słońce. Wynika to z faktu, że Ziemia krąży wokół Słońca w około 365 dni (rok ziemski), a Księżyc dookoła Ziemi tylko w 29 dni (miesiąc księżycowy). Ta różnica stała się bodźcem do rozbicia ekliptyki na 12 konstelacji zodiakalnych (w ciągu miesiąca Słońce przesuwa się wzdłuż ekliptyki o 30 stopni). W miesiącu księżycowym następuje całkowita zmiana faz księżyca:
Oprócz trajektorii Księżyca dodaje się również czynnik silnego wydłużenia orbity. Ekscentryczność orbity Księżyca wynosi 0,05 (dla porównania dla Ziemi ten parametr wynosi 0,017). Różnica w stosunku do kołowej orbity Księżyca prowadzi do tego, że pozorna średnica Księżyca stale się zmienia od 29 do 32 minut łuku.
W ciągu dnia Księżyc przesuwa się względem gwiazd o 13 stopni, w ciągu godziny o około 0,5 stopnia. Współcześni astronomowie często używają powłok księżycowych do oszacowania średnic kątowych gwiazd w pobliżu ekliptyki.
Co decyduje o ruchu księżyca
Ważnym punktem teorii ruchu Księżyca jest fakt, że orbita Księżyca w przestrzeni kosmicznej nie jest niezmienna i stabilna. Ze względu na stosunkowo niewielką masę Księżyca podlega ciągłym zaburzeniom ze strony bardziej masywnych obiektów Układu Słonecznego (przede wszystkim Słońca i Księżyca). Ponadto na orbitę Księżyca wpływa spłaszczenie Słońca i pola grawitacyjne innych planet Układu Słonecznego. W rezultacie wartość mimośrodowości orbity Księżyca waha się między 0,04 a 0,07 w okresie 9 lat. Konsekwencją tych zmian było takie zjawisko jak superksiężyc. Supermoon to zjawisko astronomiczne, podczas którego księżyc w pełni jest kilkakrotnie większy niż zwykle. Tak więc podczas pełni księżyca 14 listopada 2016 roku księżyc znajdował się w rekordowej odległości od 1948 roku. W 1948 roku Księżyc był o 50 km bliżej niż w 2016 roku.
Ponadto obserwuje się wahania nachylenia orbity Księżyca do ekliptyki: o około 18 minut łuku co 19 lat.
Co jest równe
Statek kosmiczny będzie musiał spędzić dużo czasu na locie do satelity Ziemi. Nie możesz polecieć na Księżyc w linii prostej - planeta będzie krążyła po orbicie od punktu docelowego, a ścieżka będzie musiała zostać poprawiona. Przy drugiej kosmicznej prędkości 11 km / s (40 000 km / h) lot teoretycznie zajmie około 10 godzin, ale w rzeczywistości potrwa dłużej. Dzieje się tak, ponieważ statek na początku stopniowo zwiększa swoją prędkość w atmosferze, doprowadzając ją do wartości 11 km / s, aby uciec z pola grawitacyjnego Ziemi. Wtedy statek będzie musiał zwolnić, zbliżając się do księżyca. Nawiasem mówiąc, ta prędkość jest maksymalną prędkością, jaką udało się osiągnąć współczesnym statkom kosmicznym.
Według oficjalnych danych, notoryczny lot Ameryki na Księżyc w 1969 roku trwał 76 godzin. Sonda NASA New Horizons zdołała dotrzeć na Księżyc najszybciej - w 8 godzin 35 minut. To prawda, że \u200b\u200bnie wylądował na planetoidzie, ale przeleciał obok - miał inną misję.
Światło z Ziemi do naszego satelity dotrze bardzo szybko - w 1.255 sekund. Ale latanie z prędkością światła nadal nie jest domeną fantazji.
Możesz spróbować wyobrazić sobie drogę na księżyc w zwykłych wartościach. Pieszo z prędkością 5 km / h droga na Księżyc zajmie około dziewięciu lat. Jeśli jedziesz samochodem z prędkością 100 km / h, dotarcie do satelity Ziemi zajmie 160 dni. Gdyby samoloty leciały na Księżyc, lot na niego trwałby około 20 dni.
Jak astronomowie w starożytnej Grecji obliczyli odległość do Księżyca
Księżyc stał się pierwszym ciałem niebieskim, do którego można było obliczyć odległość od Ziemi. Uważa się, że pierwszymi, którzy to zrobili, byli astronomowie w starożytnej Grecji.
Od niepamiętnych czasów próbowali zmierzyć odległość do księżyca - pierwszym, który próbował to zrobić, był Arystarch z Samos. Oszacował kąt między Księżycem a Słońcem na 87 stopni, więc okazało się, że Księżyc jest 20 razy bliżej Słońca (cosinus kąta równego 87 stopni wynosi 1/20). Błąd pomiaru kąta spowodował błąd 20-krotny, dziś wiadomo, że stosunek ten wynosi faktycznie 1 na 400 (kąt wynosi około 89,8 stopnia). Duży błąd był spowodowany trudnością oszacowania dokładnej odległości kątowej między Słońcem a Księżycem przy użyciu prymitywnych instrumentów astronomicznych starożytnego świata. Regularne zaćmienia Słońca w tym czasie pozwoliły już starożytnym greckim astronomom dojść do wniosku, że średnice kątowe Księżyca i Słońca są w przybliżeniu takie same. Pod tym względem Arystarch doszedł do wniosku, że Księżyc jest 20 razy mniejszy niż Słońce (w rzeczywistości około 400 razy).
Arystarch użył innej metody do obliczenia rozmiaru Słońca i Księżyca w stosunku do Ziemi. Mówimy o obserwowaniu zaćmień Księżyca. W tym czasie starożytni astronomowie już odgadli przyczyny tych zjawisk: Księżyc jest zaćmiony cieniem Ziemi.
Powyższy diagram wyraźnie pokazuje, że różnica w odległościach od Ziemi do Słońca i do Księżyca jest proporcjonalna do różnicy między promieniami Ziemi i Słońca oraz promieniami Ziemi i jej cienia w odległości Księżyca. Już w czasach Arystarcha można było oszacować, że promień Księżyca wynosi około 15 minut łuku, a promień cienia Ziemi - 40 minut łuku. Oznacza to, że rozmiar księżyca okazał się około 3 razy mniejszy niż rozmiar ziemi. Stąd, znając promień kątowy Księżyca, łatwo było oszacować, że Księżyc znajduje się około 40 średnic Ziemi od Ziemi. Starożytni Grecy potrafili tylko z grubsza oszacować wielkość Ziemi. Tak więc Eratostenes z Cyreny (276-195 pne), na podstawie różnic w maksymalnej wysokości Słońca nad horyzontem w Asuanie i Aleksandrii podczas przesilenia letniego, ustalił, że promień Ziemi jest bliski 6287 km (wartość współczesna 6371 km). Jeśli podstawimy tę wartość do oszacowania odległości do Księżyca przez Arystarcha, to będzie ona odpowiadać około 502 tysiącom km (współczesna wartość średniej odległości Ziemi od Księżyca to 384 tysiące km).
Nieco później matematyk i astronom z II wieku pne. mi. Hipparch z Nicei obliczył, że odległość do satelity Ziemi jest 60 razy większa niż promień naszej planety. Jego obliczenia oparto na obserwacjach ruchu Księżyca i jego okresowych zaćmień.
Ponieważ w momencie zaćmienia Słońce i Księżyc będą miały takie same wymiary kątowe, to zgodnie z zasadami podobieństwa trójkątów można obliczyć stosunek odległości do Słońca i Księżyca. Ta różnica wynosi 400 razy. Stosując ponownie te zasady, tylko w odniesieniu do średnic Księżyca i Ziemi, Hipparch obliczył, że średnica Ziemi jest 2,5 razy większa od średnicy Księżyca. Oznacza to, że R l \u003d R s / 2,5.
Pod kątem 1 'można zaobserwować obiekt, którego wymiary są 3 483 razy mniejsze niż odległość do niego - ta informacja była znana każdemu w czasach Hipparcha. Oznacza to, że przy obserwowanym promieniu księżyca 15 ′ będzie on 15 razy bliżej obserwatora. Te. stosunek odległości do księżyca do jego promienia wyniesie 3483/15 \u003d 232 lub S l \u003d 232R l.
Odpowiednio, odległość do Księżyca wynosi 232 * R s / 2,5 \u003d 60 promieni Ziemi. Okazuje się, że jest to 6 371 * 60 \u003d 382260 km. Najciekawsze jest to, że pomiary wykonane nowoczesnymi instrumentami potwierdziły poprawność starożytnego naukowca.
Teraz pomiar odległości do Księżyca odbywa się za pomocą urządzeń laserowych, które umożliwiają pomiar z dokładnością do kilku centymetrów. W tym przypadku pomiary odbywają się w bardzo krótkim czasie - nie więcej niż 2 sekundy, podczas których Księżyc oddala się po orbicie około 50 metrów od punktu wysłania impulsu laserowego.
Ewolucja metod pomiaru odległości do księżyca
Dopiero wynalezienie teleskopu umożliwiło astronomom uzyskanie mniej lub bardziej dokładnych wartości parametrów orbity Księżyca i zgodności jego wielkości z wielkością Ziemi.
Dokładniejsza metoda pomiaru odległości do księżyca pojawiła się w związku z rozwojem radaru. Pierwszy radar Księżyca przeprowadzono w 1946 roku w USA i Wielkiej Brytanii. Radar umożliwił zmierzenie odległości do księżyca z dokładnością do kilku kilometrów.
Jeszcze dokładniejszą metodą pomiaru odległości do Księżyca jest laserowy pomiar odległości. Do jego realizacji w latach sześćdziesiątych XX wieku na Księżycu zainstalowano kilka reflektorów narożnych. Warto zauważyć, że pierwsze eksperymenty dotyczące odległości laserowej przeprowadzono jeszcze przed zainstalowaniem reflektorów narożnych na powierzchni Księżyca. W latach 1962-1963 w Obserwatorium Krymskim ZSRR przeprowadzono kilka eksperymentów dotyczących laserowego określania odległości poszczególnych kraterów księżycowych za pomocą teleskopów o średnicy od 0,3 do 2,6 metra. Eksperymenty te pozwoliły określić odległość do powierzchni Księżyca z dokładnością do kilkuset metrów. W latach 1969-1972 astronauci Apollo dostarczyli trzy reflektory narożne na powierzchnię naszego satelity. Wśród nich najdoskonalszy był reflektor misji Apollo 15, ponieważ składał się z 300 pryzmatów, podczas gdy pozostałe dwie (misje Apollo 11 i Apollo 14) miały tylko po sto pryzmatów.
Ponadto w latach 1970 i 1973 ZSRR dostarczył na powierzchnię Księżyca jeszcze dwa francuskie reflektory narożne na pokładzie pojazdów samobieżnych Lunokhod-1 i Lunokhod-2, z których każdy składał się z 14 pryzmatów. Pierwszy z tych reflektorów ma niezwykłą historię. W ciągu pierwszych 6 miesięcy pracy Lunokhod z reflektorem można było przeprowadzić około 20 sesji pomiarowych lasera. Jednak wówczas, ze względu na niefortunne położenie łazika księżycowego, użycie reflektora nie było możliwe do 2010 roku. Dopiero zdjęcia nowego statku kosmicznego LRO pomogły w wyjaśnieniu położenia łazika księżycowego z reflektorem, a tym samym wznowieniu z nim sesji.
W ZSRR najwięcej sesji laserowych wykonano przy pomocy 2,6-metrowego teleskopu Obserwatorium Krymskiego. W latach 1976-1983 wykonano tym teleskopem 1400 pomiarów z błędem 25 centymetrów, po czym obserwacje zostały wstrzymane z powodu ograniczenia radzieckiego programu księżycowego.
W sumie w latach 1970-2010 przeprowadzono na świecie około 17 tysięcy precyzyjnych sesji laserowych. Większość z nich kojarzyła się z reflektorem narożnym Apolonna 15 (jak wspomniano powyżej, jest najdoskonalszy - z rekordową liczbą pryzmatów):
Spośród 40 obserwatoriów, które są zdolne do laserowego określania odległości Księżyca, tylko kilka może wykonywać bardzo precyzyjne pomiary:
Większość ultraprecyzyjnych pomiarów wykonano za pomocą 2-metrowego teleskopu w Obserwatorium McDonald w Teksasie:
Jednocześnie najdokładniejsze pomiary wykonuje instrument APOLLO, który został zainstalowany na 3,5-metrowym teleskopie Apache Point Observatory w 2006 roku. Dokładność jego pomiarów sięga jednego milimetra:
Ewolucja układu Księżyc i Ziemia
Głównym celem coraz dokładniejszych pomiarów odległości do Księżyca jest próba lepszego zrozumienia ewolucji orbity Księżyca w odległej przeszłości i odległej przyszłości. Do tej pory astronomowie doszli do wniosku, że w przeszłości Księżyc był kilkakrotnie bliżej Ziemi, a także miał znacznie krótszy okres rotacji (to znaczy, że nie został uchwycony pływowo). Fakt ten potwierdza wersję uderzeniową formowania się Księżyca z wyrzuconej materii Ziemi, jaka panuje w naszych czasach. Ponadto pływowy efekt księżyca prowadzi do tego, że prędkość obrotu Ziemi wokół jego osi stopniowo spada. Tempo tego procesu to wzrost dnia na Ziemi każdego roku o 23 mikrosekundy. W ciągu jednego roku Księżyc oddala się od Ziemi średnio o 38 milimetrów. Szacuje się, że jeśli układ Ziemia-Księżyc przetrwa przemianę Słońca w czerwonego olbrzyma, to za 50 miliardów lat dzień na Ziemi będzie równy miesiącowi księżycowemu. W rezultacie Księżyc i Ziemia będą zawsze zwrócone do siebie tylko z jednej strony, jak obecnie obserwuje się w układzie Pluton-Charon. W tym czasie Księżyc odsunie się na około 600 tysięcy kilometrów, a miesiąc księżycowy wzrośnie do 47 dni. Ponadto zakłada się, że parowanie ziemskich oceanów za 2,3 miliarda lat doprowadzi do przyspieszenia procesu usuwania Księżyca (pływy ziemskie znacznie spowalniają ten proces).
Ponadto obliczenia pokazują, że w przyszłości Księżyc ponownie zacznie zbliżać się do Ziemi z powodu wzajemnych interakcji pływowych. Zbliżając się do Ziemi na odległość 12 tys. Km, Księżyc zostanie rozerwany przez siły pływowe, fragmenty Księżyca utworzą pierścień podobny do dobrze znanych pierścieni wokół gigantycznych planet Układu Słonecznego. Inne dobrze znane satelity Układu Słonecznego powtórzy ten los znacznie wcześniej. Tak więc Fobos ma przypisane 20-40 milionów lat, a Triton ma około 2 miliardy lat.
Każdego roku odległość do satelity Ziemi zwiększa się średnio o 4 cm, a przyczyną jest ruch planetoidy po spiralnej orbicie oraz stopniowo malejąca siła oddziaływania grawitacyjnego Ziemi i Księżyca.
Teoretycznie wszystkie planety Układu Słonecznego można umieścić między Ziemią a Księżycem. Jeśli zsumujesz średnice wszystkich planet, w tym Plutona, otrzymasz wartość 382 100 km.
