'人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?'

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

1963年,James Faller加入了美國國家標準局和博爾德科羅拉多大學聯合成立的天體物理實驗室。作為普林斯頓大學的一名研究生,他曾在50年代末寫過一篇題為《計劃中的月球組件:月球上的角反射器》的論文,設想了一個耐用、重量較輕僅為2至3磅的反射器部署在月球上,一束來自地球的光線將對準反射器,該儀器將會探測到激光並將其反射回地球。論文中寫道,計算光從地球到月球再回到地球所花的時間,可以精確地測量地球到月球的距離。

不到十年之後,全世界都會知道FALLER當初的設想多麼有洞察力和預見性,他與同事建立了一個月球測距小組,探索在月球上安裝反反射器的可行性。沒有人能保證這個實驗真的能運行起來,而且其他團隊也在參與競爭,希望能被選中參加阿波羅歷史性的宇宙航行。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

1963年,James Faller加入了美國國家標準局和博爾德科羅拉多大學聯合成立的天體物理實驗室。作為普林斯頓大學的一名研究生,他曾在50年代末寫過一篇題為《計劃中的月球組件:月球上的角反射器》的論文,設想了一個耐用、重量較輕僅為2至3磅的反射器部署在月球上,一束來自地球的光線將對準反射器,該儀器將會探測到激光並將其反射回地球。論文中寫道,計算光從地球到月球再回到地球所花的時間,可以精確地測量地球到月球的距離。

不到十年之後,全世界都會知道FALLER當初的設想多麼有洞察力和預見性,他與同事建立了一個月球測距小組,探索在月球上安裝反反射器的可行性。沒有人能保證這個實驗真的能運行起來,而且其他團隊也在參與競爭,希望能被選中參加阿波羅歷史性的宇宙航行。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

一個角立方體反光鏡理論上是可以工作的,但它總是需要精確地對準入射光的發源點,這樣光束就可以直接反射回光源以便精準定時。然而由於月球繞著它自己的軸旋轉和繞地球旋轉,這種完美的對準只會在極少數情況下發生。即使在這種情況下,一個微小的指向錯誤也會導致光線返回到一個不同的位置。而FALLER設計的反射鏡將由三面鏡子組成,彼此精確地設置成直角,就像一個紙箱的內角一樣。這種設計迫使入射光從三個表面反彈,光學定律保證它總是直接反彈回光源。最終FALLER的設計入選了美國宇航局最終方案。

它的工作原理就是一個天文臺。通常是德克薩斯州的麥克唐納天文臺,向月球發射激光束。儘管存在一些分散,激光束在很遠的距離內仍然保持著緊密聚焦。當光束從鏡子反射回地球時,它的直徑已經擴大到20公里,這種光束的分散使得觀察反射更加困難。目前在新墨西哥州阿拉莫戈多東南10英里的阿帕奇點天文臺阿波羅月球激光測距行動,對五個後向反射器陣列的測量工作每隔一小時進行一次,平均每月進行六次。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

1963年,James Faller加入了美國國家標準局和博爾德科羅拉多大學聯合成立的天體物理實驗室。作為普林斯頓大學的一名研究生,他曾在50年代末寫過一篇題為《計劃中的月球組件:月球上的角反射器》的論文,設想了一個耐用、重量較輕僅為2至3磅的反射器部署在月球上,一束來自地球的光線將對準反射器,該儀器將會探測到激光並將其反射回地球。論文中寫道,計算光從地球到月球再回到地球所花的時間,可以精確地測量地球到月球的距離。

不到十年之後,全世界都會知道FALLER當初的設想多麼有洞察力和預見性,他與同事建立了一個月球測距小組,探索在月球上安裝反反射器的可行性。沒有人能保證這個實驗真的能運行起來,而且其他團隊也在參與競爭,希望能被選中參加阿波羅歷史性的宇宙航行。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

一個角立方體反光鏡理論上是可以工作的,但它總是需要精確地對準入射光的發源點,這樣光束就可以直接反射回光源以便精準定時。然而由於月球繞著它自己的軸旋轉和繞地球旋轉,這種完美的對準只會在極少數情況下發生。即使在這種情況下,一個微小的指向錯誤也會導致光線返回到一個不同的位置。而FALLER設計的反射鏡將由三面鏡子組成,彼此精確地設置成直角,就像一個紙箱的內角一樣。這種設計迫使入射光從三個表面反彈,光學定律保證它總是直接反彈回光源。最終FALLER的設計入選了美國宇航局最終方案。

它的工作原理就是一個天文臺。通常是德克薩斯州的麥克唐納天文臺,向月球發射激光束。儘管存在一些分散,激光束在很遠的距離內仍然保持著緊密聚焦。當光束從鏡子反射回地球時,它的直徑已經擴大到20公里,這種光束的分散使得觀察反射更加困難。目前在新墨西哥州阿拉莫戈多東南10英里的阿帕奇點天文臺阿波羅月球激光測距行動,對五個後向反射器陣列的測量工作每隔一小時進行一次,平均每月進行六次。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

Heraus團隊最終研製了阿波羅11號的三稜鏡反射器

反射器本身不需要任何功率支持,這就是為什麼在月球上的其他儀器停止工作幾十年後,它仍然在工作的原因。據美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)稱,該儀器包括100個角立方體稜鏡(又稱熔融二氧化硅半立方體),它們被放置在一個46平方釐米平方的鋁板上。由於這些角立方體的形狀,任何射向它們的激光都會將光直接反射回來。多年來,由於更好的激光和計算設備的應用,地月距離的測量更加精準。

一旦激光束擊中反射器,天文臺的科學家們就會使用靈敏的濾波和放大設備來檢測任何返回信號。反射光太弱,人眼無法看到,但在良好的條件下,每隔幾秒鐘就會接收到一個光子,也就是構成光的基本粒子。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

1963年,James Faller加入了美國國家標準局和博爾德科羅拉多大學聯合成立的天體物理實驗室。作為普林斯頓大學的一名研究生,他曾在50年代末寫過一篇題為《計劃中的月球組件:月球上的角反射器》的論文,設想了一個耐用、重量較輕僅為2至3磅的反射器部署在月球上,一束來自地球的光線將對準反射器,該儀器將會探測到激光並將其反射回地球。論文中寫道,計算光從地球到月球再回到地球所花的時間,可以精確地測量地球到月球的距離。

不到十年之後,全世界都會知道FALLER當初的設想多麼有洞察力和預見性,他與同事建立了一個月球測距小組,探索在月球上安裝反反射器的可行性。沒有人能保證這個實驗真的能運行起來,而且其他團隊也在參與競爭,希望能被選中參加阿波羅歷史性的宇宙航行。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

一個角立方體反光鏡理論上是可以工作的,但它總是需要精確地對準入射光的發源點,這樣光束就可以直接反射回光源以便精準定時。然而由於月球繞著它自己的軸旋轉和繞地球旋轉,這種完美的對準只會在極少數情況下發生。即使在這種情況下,一個微小的指向錯誤也會導致光線返回到一個不同的位置。而FALLER設計的反射鏡將由三面鏡子組成,彼此精確地設置成直角,就像一個紙箱的內角一樣。這種設計迫使入射光從三個表面反彈,光學定律保證它總是直接反彈回光源。最終FALLER的設計入選了美國宇航局最終方案。

它的工作原理就是一個天文臺。通常是德克薩斯州的麥克唐納天文臺,向月球發射激光束。儘管存在一些分散,激光束在很遠的距離內仍然保持著緊密聚焦。當光束從鏡子反射回地球時,它的直徑已經擴大到20公里,這種光束的分散使得觀察反射更加困難。目前在新墨西哥州阿拉莫戈多東南10英里的阿帕奇點天文臺阿波羅月球激光測距行動,對五個後向反射器陣列的測量工作每隔一小時進行一次,平均每月進行六次。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

Heraus團隊最終研製了阿波羅11號的三稜鏡反射器

反射器本身不需要任何功率支持,這就是為什麼在月球上的其他儀器停止工作幾十年後,它仍然在工作的原因。據美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)稱,該儀器包括100個角立方體稜鏡(又稱熔融二氧化硅半立方體),它們被放置在一個46平方釐米平方的鋁板上。由於這些角立方體的形狀,任何射向它們的激光都會將光直接反射回來。多年來,由於更好的激光和計算設備的應用,地月距離的測量更加精準。

一旦激光束擊中反射器,天文臺的科學家們就會使用靈敏的濾波和放大設備來檢測任何返回信號。反射光太弱,人眼無法看到,但在良好的條件下,每隔幾秒鐘就會接收到一個光子,也就是構成光的基本粒子。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

為了接收這種微弱的信號,必須進行幾個小時以上的觀測。通過平均這些信號,研究人員可以計算出月球的距離,精確度可以小於到2釐米。考慮到月球距離地球的平均距離為384,400公里,也就是地球直徑的30倍左右。地月距離時如此之遠,以至於阿波羅號宇航員花了三天時間才能到達那裡,所以說這個誤差幅度相當小。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

1963年,James Faller加入了美國國家標準局和博爾德科羅拉多大學聯合成立的天體物理實驗室。作為普林斯頓大學的一名研究生,他曾在50年代末寫過一篇題為《計劃中的月球組件:月球上的角反射器》的論文,設想了一個耐用、重量較輕僅為2至3磅的反射器部署在月球上,一束來自地球的光線將對準反射器,該儀器將會探測到激光並將其反射回地球。論文中寫道,計算光從地球到月球再回到地球所花的時間,可以精確地測量地球到月球的距離。

不到十年之後,全世界都會知道FALLER當初的設想多麼有洞察力和預見性,他與同事建立了一個月球測距小組,探索在月球上安裝反反射器的可行性。沒有人能保證這個實驗真的能運行起來,而且其他團隊也在參與競爭,希望能被選中參加阿波羅歷史性的宇宙航行。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

一個角立方體反光鏡理論上是可以工作的,但它總是需要精確地對準入射光的發源點,這樣光束就可以直接反射回光源以便精準定時。然而由於月球繞著它自己的軸旋轉和繞地球旋轉,這種完美的對準只會在極少數情況下發生。即使在這種情況下,一個微小的指向錯誤也會導致光線返回到一個不同的位置。而FALLER設計的反射鏡將由三面鏡子組成,彼此精確地設置成直角,就像一個紙箱的內角一樣。這種設計迫使入射光從三個表面反彈,光學定律保證它總是直接反彈回光源。最終FALLER的設計入選了美國宇航局最終方案。

它的工作原理就是一個天文臺。通常是德克薩斯州的麥克唐納天文臺,向月球發射激光束。儘管存在一些分散,激光束在很遠的距離內仍然保持著緊密聚焦。當光束從鏡子反射回地球時,它的直徑已經擴大到20公里,這種光束的分散使得觀察反射更加困難。目前在新墨西哥州阿拉莫戈多東南10英里的阿帕奇點天文臺阿波羅月球激光測距行動,對五個後向反射器陣列的測量工作每隔一小時進行一次,平均每月進行六次。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

Heraus團隊最終研製了阿波羅11號的三稜鏡反射器

反射器本身不需要任何功率支持,這就是為什麼在月球上的其他儀器停止工作幾十年後,它仍然在工作的原因。據美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)稱,該儀器包括100個角立方體稜鏡(又稱熔融二氧化硅半立方體),它們被放置在一個46平方釐米平方的鋁板上。由於這些角立方體的形狀,任何射向它們的激光都會將光直接反射回來。多年來,由於更好的激光和計算設備的應用,地月距離的測量更加精準。

一旦激光束擊中反射器,天文臺的科學家們就會使用靈敏的濾波和放大設備來檢測任何返回信號。反射光太弱,人眼無法看到,但在良好的條件下,每隔幾秒鐘就會接收到一個光子,也就是構成光的基本粒子。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

為了接收這種微弱的信號,必須進行幾個小時以上的觀測。通過平均這些信號,研究人員可以計算出月球的距離,精確度可以小於到2釐米。考慮到月球距離地球的平均距離為384,400公里,也就是地球直徑的30倍左右。地月距離時如此之遠,以至於阿波羅號宇航員花了三天時間才能到達那裡,所以說這個誤差幅度相當小。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

研究人員通過向月球反射器發射激光收集了50年的數據,物理學家現在已經確定,月球正以每年3.8釐米的速度螺旋式遠離地球。當阿姆斯特朗和奧爾德林在月球上放置第一個反光板陣列時,他們也成為地球上第一批在月球表面工作的測量員。

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1969年7月20日UTC時間20:17,阿波羅11號“鷹”號登月艙安全降落在月球上,宇航員實現了人類首次登月,他們還在月球表面上安裝了第一臺來自地球人類的特殊反光鏡,當時誰都沒有想到這面特殊的鏡子究竟可以使用多久。這是一個大約60釐米寬的設備,上面配置了100個稜鏡,被稱為月球激光測距反射器陣列。

1971年,阿波羅14號和15號的登月人員也在月球表面安裝了這種特殊的反光鏡。另一個由法國製造的反光鏡安裝在前蘇聯的Lunokhod 2號月球車上,1973年這架無人月球車在月球著陸。此前1970年前蘇聯的LUNAR 17探月任務也安置了一面反光鏡。也就是說在月球上,共計有人類留下的五面反光鏡。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

50年後可以告訴您,這個漫長的月球激光實驗仍然在順暢成功地進行中。 月球與行星研究所(LPI)的聲明中曾解釋說,美國宇航局的名為激光測距反射鏡陣列的設備是一種特殊類型的鏡子,它的特性是總是將入射光束反射回入射方向。

這是一種允許科學家以前所未有的精確度測量我們的行星與其衛星之間距離的關鍵裝置。該實驗不僅對測試廣義相對論和理解月球在其自身軸上旋轉時微妙的擺動至關重要,而且與整體任務的巨大複雜性相比,它的操作和運行原理卻非常簡單實用。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

1963年,James Faller加入了美國國家標準局和博爾德科羅拉多大學聯合成立的天體物理實驗室。作為普林斯頓大學的一名研究生,他曾在50年代末寫過一篇題為《計劃中的月球組件:月球上的角反射器》的論文,設想了一個耐用、重量較輕僅為2至3磅的反射器部署在月球上,一束來自地球的光線將對準反射器,該儀器將會探測到激光並將其反射回地球。論文中寫道,計算光從地球到月球再回到地球所花的時間,可以精確地測量地球到月球的距離。

不到十年之後,全世界都會知道FALLER當初的設想多麼有洞察力和預見性,他與同事建立了一個月球測距小組,探索在月球上安裝反反射器的可行性。沒有人能保證這個實驗真的能運行起來,而且其他團隊也在參與競爭,希望能被選中參加阿波羅歷史性的宇宙航行。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

一個角立方體反光鏡理論上是可以工作的,但它總是需要精確地對準入射光的發源點,這樣光束就可以直接反射回光源以便精準定時。然而由於月球繞著它自己的軸旋轉和繞地球旋轉,這種完美的對準只會在極少數情況下發生。即使在這種情況下,一個微小的指向錯誤也會導致光線返回到一個不同的位置。而FALLER設計的反射鏡將由三面鏡子組成,彼此精確地設置成直角,就像一個紙箱的內角一樣。這種設計迫使入射光從三個表面反彈,光學定律保證它總是直接反彈回光源。最終FALLER的設計入選了美國宇航局最終方案。

它的工作原理就是一個天文臺。通常是德克薩斯州的麥克唐納天文臺,向月球發射激光束。儘管存在一些分散,激光束在很遠的距離內仍然保持著緊密聚焦。當光束從鏡子反射回地球時,它的直徑已經擴大到20公里,這種光束的分散使得觀察反射更加困難。目前在新墨西哥州阿拉莫戈多東南10英里的阿帕奇點天文臺阿波羅月球激光測距行動,對五個後向反射器陣列的測量工作每隔一小時進行一次,平均每月進行六次。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

Heraus團隊最終研製了阿波羅11號的三稜鏡反射器

反射器本身不需要任何功率支持,這就是為什麼在月球上的其他儀器停止工作幾十年後,它仍然在工作的原因。據美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)稱,該儀器包括100個角立方體稜鏡(又稱熔融二氧化硅半立方體),它們被放置在一個46平方釐米平方的鋁板上。由於這些角立方體的形狀,任何射向它們的激光都會將光直接反射回來。多年來,由於更好的激光和計算設備的應用,地月距離的測量更加精準。

一旦激光束擊中反射器,天文臺的科學家們就會使用靈敏的濾波和放大設備來檢測任何返回信號。反射光太弱,人眼無法看到,但在良好的條件下,每隔幾秒鐘就會接收到一個光子,也就是構成光的基本粒子。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

為了接收這種微弱的信號,必須進行幾個小時以上的觀測。通過平均這些信號,研究人員可以計算出月球的距離,精確度可以小於到2釐米。考慮到月球距離地球的平均距離為384,400公里,也就是地球直徑的30倍左右。地月距離時如此之遠,以至於阿波羅號宇航員花了三天時間才能到達那裡,所以說這個誤差幅度相當小。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

研究人員通過向月球反射器發射激光收集了50年的數據,物理學家現在已經確定,月球正以每年3.8釐米的速度螺旋式遠離地球。當阿姆斯特朗和奧爾德林在月球上放置第一個反光板陣列時,他們也成為地球上第一批在月球表面工作的測量員。

人類首次登月50年後,為何阿波羅反射器可以在月球上運行至今?

雖然該實驗以其月球距離測量而聞名,但研究人員還能夠利用這些數據證明月球有一個流體核心。激光往返的時間提供了支持愛因斯坦廣義相對論的證據。該理論認為,在某種程度上,真空中的光速與任何觀察者的運動無關。NASA稱,該實驗還表明,艾薩克·牛頓的引力常數是極其恆定的,在1969年至2004年間,其變化小於1000億分之一。

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