阿波罗11号放置的反射器

Credit: Wikipedia

即便我们选择了降低难度,这个方法依然需要很多专业设备,普通人很难凑齐全套装备。

为了测量,你需要这样一台望远镜:

3.5m望远镜

Credit: physics.ucsd.edu

在寂静的夜晚,发射这样一束激光:

绿激光照射

Credit: physics.ucsd.edu

然后经过这样一段历程:

激光的飞行过程;可见绿色的光斑越来越大

Credit: physics.ucsd.edu

最后通过精确计时(目前精度已达10 ps量级),计算得到地月的距离。

在不同的夜晚,这个时间在2.34到2.71秒之间波动,由此得知地月距离不同时间介于351,000 km 到406,000 km之间(椭圆轨道)。

激光测距法的精度有多高呢?通过长时间测量得出,月球正以每年3.8cm的速度逃离地球。

初中平面几何法

在没有反射器,甚至没有大型望远镜、激光器的年代,其实人类已经尝试过很多测量的方法了。这里介绍的平面几何法,是古希腊天文学家喜帕恰斯(ίππαρχος,Hipparkhos)在东汉初年做出的尝试。

首先,他发现一个圆形物体抬得足够高后,影子会变成一个黑点;这个高度是物体直径的108倍。(其实异形物体的阴影也会变成圆型,进而变成一个黑点;另外小编掐指一算,这108正是日地距离与太阳直径的比值!如果你被困在火星,千万别靠它来救命。)

结合月食的成因(月球运转至地球的阴影),喜帕恰斯脑海里画出了这样的图形:

喜帕恰斯的相似三角形

Credit: www.kcvs.ca

下面开始初中平面几何的推导计算过程:

推导过程

TuCao:公众号平台对理工科人士太不友好,不支持嵌入公式,小编只好TEX写完转成图片..

代入当年计算的不太精确的地球直径,得到地月距离约41万千米,与今天精密测量的38.4万千米(平均距离)误差约8%。

地球阴影与月亮的尺寸关系

Credit: Tom Harradine/Gloria Project

关于上文一个重要已知量,地球直径的测量,爱自学的小伙伴可以看一下这张示意图:

勾股定理的伟大胜利

文艺青年测量法

你一定见过在户外写生的同学,拿铅笔测量景物的尺寸,就像这样:

换个高B格的视角:

其实这个方法与前面喜老板的原理类似,依然是借助相似三角形原理,且更简单,你甚至不需要知道108这个神秘数字。

因为我们知道遮挡住月亮所需铅笔长度、胳膊长度、月球直径,剩下的就是等比计算了。

当然如果采用这个方法,两个相似三角形尺寸相差千万倍,其误差可想而知。

所以这也成了名副其实的文青测量法。

高中物理知识计算法

物理老师传授给我们的万有引力公式,在这要发挥余热了!

公式两边约掉月球质量;代入已知的:地球质量、万有引力常数、月球公转周期...

当当当,月球轨道半径R就算出来了。

至于地球质量怎么得来的,我们还是继续追问一下物理老师吧(手动滑稽)。

当然,想知道地月距离还有很多精巧的办法,篇幅有限我们无法一一列举,发挥的空间就留给小伙伴们了!

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编写:赵琨 | 校对:毛明远,王纪尧

编排:赵琨

责任编辑:毛明远

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专栏打赏

地球、月球距离的真实比例

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