În astronomie , distanța lunară este distanța medie dintre centrul Pământului și centrul Lunii , care este de 384.400 km . Distanța efectivă variază în funcție de poziția Lunii în sale pe orbită , între 356410 de km la perigeu și 405500 de km la capătul său Apogee . Măsurători de înaltă precizie a distanței lunare se fac prin măsurarea timpului de deplasare a luminii între stațiile LIDAR de pe Pământ și retroreflectoarele plasate pe Lună.
Luna se îndepărtează de Pământ cu o viteză medie de 3,78 cm pe an, conform experimentului Lunar Laser Ranging . Viteza curentă de ieșire este considerată neobișnuit de mare. Întâmplător, dimensiunea reflectoarelor reflectoarelor plasate pe Lună este, de asemenea, de 3,78 cm .
Rata disipării mareelor a variat de-a lungul istoriei geologice a Pământului.
Prima persoană pentru a măsura distanța Lunii a fost Aristarh din Samos , astronom si matematician III - lea lea î.Hr.. AD . El a folosit observarea unei eclipse de Lună pentru a calcula distanța Pământ-Lună pe baza razei Pământului (necunoscut lui). Aristarh din Samos a calculat distanța față de Lună observând trecerea umbrei Pământului peste discul lunar. Distanța Pământ-Lună a fost dată în unități ale razei Pământului.
Catalogul NASA al obiectelor din apropierea Pământului oferă în distanță lunară și în ua distanța de apropiere de Pământ a asteroizilor și cometelor.
Distanța de la Pământ la Lună se schimbă constant. Datorită orbitei necirculare a Lunii, această distanță poate varia până la 75 m / s, sau chiar mai mult de 1.000 de kilometri în doar 6 ore. Alți factori influențează, de asemenea, distanța Pământ-Lună.
Datorită orbitei sale eliptice cu excentricitate variabilă, distanța instantanee variază în funcție de periodicitatea lunară. În plus, distanța este perturbată de efectele gravitaționale ale diferitelor corpuri cerești - cel mai semnificativ fiind cel al Soarelui și într-o măsură mai mică cel al lui Jupiter . Celelalte planete din sistemul solar sunt responsabile de tulburări minuscule, la fel ca asteroizii , forțele mareelor și efectele relativiste. Efectul presiunii rezultate din radiația solară contribuie la producerea de variații de ± 3,6 mm în distanța lunară.
Distanța lunară măsurată se poate modifica cu peste 21.000 km față de valoarea medie pe parcursul unei luni. Aceste tulburări sunt bine înțelese, iar distanța lunară poate fi modelată cu precizie pe parcursul a mii de ani.
Rata actuală de recesiune este de 3,805 ± 0,004 cm pe an. Se pare că această rată a crescut recent. Într-adevăr, o viteză în retragere de 3,8 cm / an ar însemna că Luna are doar 1,5 miliarde de ani, în timp ce oamenii de știință sunt de acord cu o vârstă de aproximativ 4 miliarde de ani. De asemenea, se pare că această rată anormal de mare de îndepărtare continuă să accelereze.
Oamenii de știință prevăd că distanța lunară va continua să crească până când Pământul și Luna vor fi blocate gravitațional și se vor roti sincron. Acest lucru se întâmplă atunci când lungimea perioadei orbitale lunare este egală cu perioada de rotație a Pământului. Cele două corpuri sunt atunci în echilibru și nu se schimbă nicio altă energie de rotație. Modelele prezic că vor fi necesare 50 de miliarde de ani pentru a ajunge la această configurație.
Istoria orbitalăDistanța medie lunară crește, ceea ce implică faptul că Luna a fost mai aproape în trecut. Există dovezi geologice că distanța medie lunară a fost de aproximativ 52 R⊕ (raza Pământului) în timpul erei precambriene, sau acum 2.500 milioane de ani, comparativ cu aproximativ 60R⊕ în prezent.
Ipoteza impactului gigant, o teorie larg acceptată, susține că Luna a fost creată ca urmare a unui impact catastrofal între o altă planetă și Pământ, rezultând acumularea de fragmente la o distanță inițială de 3,8 R ⊕. Se estimează că impactul inițial a avut loc acum 4,5 miliarde de ani.
Disiparea prin forțe de mareeTragerea exercitată de lună pe Pământ încetinește și rotația Pământului, efect cunoscut sub numele de frânare de maree . Altfel exprimat, impulsul unghiular este transferat încet de la rotația Pământului pe orbita Lunii. Această încetinire a rotației are ca rezultat o creștere a duratei zilelor (24 de ore) cu 2,3 milisecunde pe secol. Energia pierdută de Pământ este transferată pe Lună, care apoi crește distanța față de Pământ cu o rată de 3,8 centimetri pe an. Motivul acestui transfer este că rotația Pământului face ca apa din oceanele deplasate de maree să fie transportată, ceea ce schimbă centrul de masă al Pământului, creând o accelerație tangențială pe Lună, crescând treptat viteza acesteia pe orbita sa. Prin urmare, viteza de rotație a Pământului scade imperceptibil, iar Luna accelerează pe orbita sa, raza acestuia crește treptat.
Primii astronomi care au măsurat distanța Pământ - Lună sunt probabil astronomii Greciei antice . Aristarh din Samos a calculat distanța față de Lună observând trecerea umbrei Pământului peste discul lunar.
Până la sfârșitul anilor 1950, toate măsurătorile distanței lunare se bazau pe măsurători unghiulare optice. Epoca spațială a marcat un moment de cotitură care a îmbunătățit semnificativ precizia și acuratețea acestei măsurători. În anii 1950 și 1960, au fost efectuate experimente folosind radar, lasere, nave spațiale și modele de computer.
Următoarele paragrafe descriu unele dintre metodele semnificative din punct de vedere istoric sau altfel interesante utilizate pentru determinarea distanței lunare și nu sunt destinate a fi exhaustive.
Cea mai veche metodă de determinare a distanței lunare este de a măsura unghiul simultan între Lună și un punct de referință ales din mai multe locații. Sincronizarea poate fi coordonată luând măsurători la un moment prestabilit sau în timpul unui eveniment observabil pentru toate părțile. Înainte de apariția cronometrelor mecanice precise, evenimentul de sincronizare a fost de obicei o eclipsă de lună sau momentul în care luna a traversat meridianul (dacă observatorii au împărțit aceeași longitudine). Această tehnică de măsurare este cunoscută sub numele de paralaxă lunară .
Pentru o precizie sporită, trebuie luate în considerare unele erori sistematice, cum ar fi corectarea unghiului măsurat pentru a ține cont de refracția și distorsiunea luminii prin atmosferă.
Primele încercări de a măsura distanța dintre Pământ și Lună au exploatat observațiile eclipsei de Lună pe baza cunoașterii razei Pământului și a distanței mai mari a Soarelui decât a Lunii. Observând geometria unei eclipse de lună, distanța lunară poate fi calculată folosind trigonometria.
Primul raport de o încercare de a măsura distanța până la utilizarea trigonometria Moon a fost făcută de astronomul grec și matematician al IV - lea secol î.Hr.. AD , Aristarh din Samos apoi, mai târziu, de Hipparchus ale cărui calcule au produs un rezultat de 59-67 R⊕. Această ultimă metodă a fost preluată în lucrarea lui Ptolemeu, care a calculat o distanță de 64 1/6 R⊕ în punctul său cel mai îndepărtat.
O expediție condusă de origine franceză astronomul A.CD Crommelin observat tranzitul sudic al Lunii în aceeași noapte din două locații diferite (momentul când Luna traversează un cerc imaginar care trece direct deasupra și peste poli). Alte măsurători precise din 1905 până în 1910 au măsurat unghiul de înălțime pe măsură ce un crater lunar specific (Mösting A) traversa meridianul de la stațiile Greenwich și de la Capul Bunei Speranțe, care sunt situate aproximativ la aceeași longitudine. Distanța a fost apoi calculată cu o incertitudine de ± 30 km și a rămas valoarea distanței de referință lunară pentru următoarea jumătate de secol.
Prin înregistrarea, din mai multe locații ale distanței de separare cunoscute, momentul în care Luna ascunde o stea de fundal sau măsurând unghiul dintre Lună și o stea de fundal la un moment prestabilit, se poate calcula distanța lunară.
Astronomii O'Keefe și Anderson au calculat distanța lunară observând patru ocultări de la nouă situri în 1952. Au calculat o distanță medie de 381.504,6 ± 4,7 km, apoi valoarea a fost rafinată în 1962 de Irene Fischer , care a încorporat date geodezice mai precise (date geometrice) a Pământului) pentru a produce o valoare de 381.500,2 ± 2 km.
Un experiment efectuat în 1957 de Laboratorul American de Cercetare Navală a folosit ecoul semnalelor radar pentru a determina distanța Pământ-Lună. Impulsurile radar cu o durată de 2 ms au fost transmise de la o antenă radio cu un diametru mai mare de 15 metri. Ecoul undelor radio de pe suprafața Lunii a fost înregistrat și timpul de deplasare al undelor măsurat. Din această măsurare, distanța ar putea fi calculată. Cu toate acestea, în practică a fost dificil să se obțină un semnal suficient de clar (fără unde rătăcite) că o măsurare precisă ar putea fi produsă în mod fiabil.
Experimentul a fost repetat în 1958 la Royal Radar Establishment din Anglia. Impulsurile radar cu durata de 5 ms au fost transmise cu o putere maximă de 2 megawați la o rată de 260 de impulsuri pe secundă. Ca și în experimentul anterior, a fost înregistrat ecoul undelor radio de pe suprafața Lunii și a fost măsurat timpul de deplasare al undelor. Au fost adăugate mai multe măsurători pentru a putea obține un semnal mai fiabil prin suprapunerea în special a urmelor osciloscopului pe un film fotografic. Din aceste măsurători, distanța ar putea fi calculată cu o incertitudine de doar 1,25 km.
Aceste experimente timpurii au fost concepute ca dovezi ale experimentelor conceptuale și au durat doar o zi. Urmărirea lor a durat o lună pentru a produce o valoare medie de 384.402 ± 1,2 km, cea mai precisă măsură a distanței lunare în acel moment.
Măsurarea timpului necesar unui fascicul laser pentru a face călătoria dus-întors după ce a reflectat direct pe suprafața Lunii a fost efectuată pentru prima dată în 1962 de o echipă de la Massachusetts Institute of Technology și de o echipă sovietică de la Crimeea Astrophysical Observatory .
În timpul misiunilor Apollo din 1969, astronauții au plasat catadioptri pe suprafața Lunii în încercarea de a rafina acuratețea acestei tehnici de măsurare. Măsurătorile actuale utilizează în continuare acest echipament și implică mai multe instalații laser din întreaga lume. Acuratețea instantanee a experimentelor cu laser lunar variind realizează o rezoluție sub-milimetrică și este, până în prezent, cea mai fiabilă metodă pentru determinarea distanței lunare.
Datorită accesibilității ușoare contemporane la dispozitive de sincronizare precise, camere digitale de înaltă rezoluție, receptoare GPS , computere puternice și dispozitive de comunicare aproape instantanee, a devenit posibil ca astronomii amatori să ia măsurători la nivel înalt.
De exemplu, pe 23 mai 2007, fotografii digitale ale Lunii în timpul aproape ocultării lui Regulus au fost făcute din două locații din Grecia și Anglia . Măsurând paralela dintre lună și o stea de fundal, distanța lunară ar putea fi calculată.
Un proiect mai ambițios numit „Campania lui Aristarh”, cu referire la astronomul grec antic, a fost realizat în timpul eclipsei lunare din 15 aprilie 2014 .