月球激光测距

[拼音]：yueqiu jiguang ceju

[外文]：lunar laser ranging

利用激光直接测定月球距离的技术。它的基本原理是:通过望远镜从地面测站向月球发射一束脉冲激光，然后接收从月球表面反射回来的激光回波，通过测站上的计数器测定激光往返的时间间隔，便可推算出月球距离。月球激光测距的原理与经典的天体方位测量原理完全不同。大气对测距的影响很小，可以根据测站的气象资料加以修正。在地平高度10°以上，大气改正的误差小于1厘米，因此大气折射不再是观测精度的严重障碍。但由于回波很弱，观测要求有很好的透明度。

月球激光测距是在1962～1963年激光技术问世后不久着手试验的。最初只能接收月球天然表面漫反射的激光回波，由于回波波形无法缩窄，加以地面仪器设备不够完善，测距精度很低。1969年7月，美国进行第一次载人登月飞行，宇航员在月面上安放了第一个后向反射器装置。它的大小为46厘米见方，上面装有100个熔石英材料的后向反射器，每个直径为 3.8厘米。这种反射器实际上是一个光学的四面体棱镜。它有一个很有用的特性：当一束光线从第四面射入，经过三个直角面依次反射后，仍从第四面射出，其方向与入射方向保持平行。在激光测距中，这一特性能保证反射光讯号沿原发射方向返回地面测站，使回波强度大大增加。这样，利用面积很小的反射器组合就可以使地球上收到激光回波，而且波形不会因此变宽，因而可以达到很高的测距精度。后向反射器的应用，使月球激光测距的精度大大提高。目前，在月球上共安放了五个后向反射器装置，地面测距系统也日趋完善。近年来测距精度已达到8厘米左右。

月球激光测距系统中采用的激光器大多是脉冲红宝石激光器，脉冲功率高达千兆瓦，脉冲宽度为2～4毫微秒。激光束经过望远镜准直后的发散角仅2～4角秒，一般几秒钟发射一次。发射和接收可使用同一个望远镜，其口径一般要大于1米。回波光讯号极其微弱，通常在接收器的阴极面上仅能产生一个光电子，所以相应地发展了一套单光电子接收技术。在最近研制的新型月球测距系统中，采用了脉宽小于1毫微秒的钇铝石榴石激光器。这样，就有可能在几年内使测距精度达到2～3厘米，相对精度为5×10-11。

地面测站与月面反射器之间的距离及其变化包含了十分丰富的信息。几年来，应用精确的月球测距资料，已经大大改进了月球的轨道计算；研究了月球物理天平动和内部结构模型；精确测定了反射器的月面坐标，改进了地面测站的地心坐标以及地月系的质量数据；同时还检验了引力理论，证明了广义相对论的正确性。今后还会运用精确的月球测距资料来研究地球自转和极移、测量板块运动等十分重要的课题。