地球和月球之间的平均距离是38万公里？科学家是如何测量出来的？

地月距离

应该很多人都知道地月之间的距离是38万公里。不过，你在实际观察中，也会发现月球有的时候大，有的时候小。要知道月球是不会自己变大变小的，因此，我们看到月球时大时效的原因其实是月球相对地球的远近不同。靠得近一点时，看到的就比较大，远一些，看到的就比较小。这其实是因为月球绕着地球的轨道并非是圆形的，而是椭圆的。

月亮距离地球最近时只有35.7万千米，月球距离地球最远时可以达到40.6万千米。我们熟知的其实是平均距离，大概是38.5万千米。可以说，相对于地球和月球自身的尺寸来说，地月之间的距离是相当大。

因此，要测量地月之间的距离其实是一件很困难的事情。除了理论计算，我们是如何能够知道地月之间的距离的呢？如果用测量的方法，又有哪些具体的办法呢？今天，我们就来聊一聊这个问题。

测量地月之间的距离

实际上，天文测距在天文学界是一个非常常见的问题，测距的方法也有多种多样。比如：三角测量法，光谱法，激光测距法。

要知道，测量地月之间的距离不仅仅是我们现代人才做得到，古代人一样可以做得到。所以，我们先来介绍一下古人的测量的方法。

曾经有个叫做伊巴谷的古希腊天文学家，他发明了很多精巧的观测仪器。

为了测量地月距离，他假定太阳光是平行光。然后通过在两个不同的地点对日全食进行观测，分别是在土耳其和亚历山大城。

在土耳其看到的是日全食的景象，而到了亚历山大城则观测到的是日偏食，其中月球遮挡住了五分之四的太阳面积。

这就能够推算出月球的视差，所谓视差就是相距目标物较远的两个不同的观测点，观测这个目标物所产生的方向差异，两个观测点和目标物会构成一个夹角，也就是视差角。

有了视差就能构造出一个相似三角形，再利用平面几何的方法计算出地月距离是37万千米，可以说，这已经和我们目前测到的数值比较接近了。

激光测距

伊巴谷的方法实际上只是一个近似，并不能得到一个比较精准的数值。那如何才能得到一个比较准确的测量数值呢？

如果是我们日常生活中进行测距，一般来说会有尺子，但是我们上哪找这么长的尺子？即使有这么长的尺子，我们也没办法拿着这把尺子来进行测量。那有没有可以代替尺子，而且也不需要我们用手拿的测距工具呢？

答案是：用激光。说白了，就是利用激光来回跑一趟，然后通过时间*光速=距离，就可以得到地月之间的距离了。

但这也需要月球上能有一面镜子或者接收装置。实际上，科学家确实是这么去做的。具体来说是这样的。当年美苏争霸时，就开启了一轮军备竞赛，其中就比拼过航天技术。双方都在比拼谁最先登月。后来，阿姆斯特朗所搭乘的”阿波罗11号“就登上了月球，这也是人类第一次实现载人登月技术。

在这次登月的任务中，阿姆斯特朗等人要做的事情其实有很多，尤其是与科学研究相关的，比如：采集月球表面的岩石标本等等。除此之外，在众多的任务当中，就包含了地月测距的相关任务，他们需要在月球上放置一台激光测距反射镜阵列和被动式月震仪。

但是我们要知道的是，只用一台来对测距难免会发生误差较大的情况。因此，后来的两次当月过程中，还安排放置了复归反射器。科学家希望通过这种方式来实现精度的提升。

除了美国宇航局的这几次安排，当时的苏联虽然没有实现载人登月技术，但他们也在试图测量地月距离。他们也往月球上送了一些装置，其中就包含了两个激光测距反射镜阵列。

因此，实际上有5套测距装置被送往了月球，其中有4台是运转良好的，只有苏联月球车1号所携带的激光测距反射镜阵列不太好使。但4台装置完全可以保证这个测距的精度。

装置都安排好了后，剩下的事情就是进行具体的测距工作了。美国宇航局这边的安排时利用Lick天文台和McDonald天文台的装置来捕捉“阿波罗11号”反射器的激光测距回波信号。

除了美国之外，法国和日本的天文台确实也接收到了这些信号。后来，意大利、南非以及中国云南的天文台都接收到了“阿波罗15号”反射器的激光测距回波信号，这些天文台都做到了把精确控制在厘米级的水平，可以说相对于伊巴谷的方法测到的数据准确得多。

但我们要知道的是，其实天文台所接受的信号，说白了就是光子。科学家之所以利用的是激光，原理也在这里，因为激光比起一般的光要更具有稳定性。但是当光子进入到大气层之后，可能遇到许多干扰，除此之外，光子是参与到电磁力的，因此地球磁对光子也有很大的干扰。

同时还有宇宙中的引力波等都会对光子产生干扰。那要如何消除这些干扰呢？

这就不得不提到科学家用到的反光镜阵列了，在区区0.3平米的范围内，这个装置布满了140多个多角反射镜，然后用具有高度同向性的脉冲激光束打到月球上的装置上。为了确保精度，科学家甚至动用了原子钟，这个精度可以达到10^-15s的程度。

但即使是这样操作，能够顺利返回到地球的光子也很少很少。因此，为了确保精度，科学家通过大规模的测距，积攒数十年的数据来进行拟合，最后计算出月球的实际运动轨道，完成了测距的任务。中国也正在策划一个天琴计划，在这个计划当中，也有测量地月距离的任务，s使用的也是激光测距。

在激光测距过程中，其实还有一些理论被证实，比如：科学家确认一个发现，那就是月球正在离我们远去，这个速度大概是每年3.8厘米。速度是很慢很慢的，我们根本不需要担心有一天看不到月球。

科学实践是无止境的，目前可以说，激光测量的精度是最准确的。但未来很有可能出现一些全新的技术来帮助科学家进行测量。关于测量地月距离，我们就说到这里。