Сколько до Луны ?

С точностью до миллиметра

Исследователь из Вашингтонского университета Том Мэрфи (Tom Murphy) собирается следующие 5 лет своей жизни посвятить измерению расстояния от Земли до Луны с точностью до миллиметра. Для этого он собирается использовать телескоп Apache Point в Нью-Мексико с диаметром апертуры 3,5 м, лазер с пиковой мощностью излучения 1 ГВт и отражатели, оставленные на поверхности несколькими лунными экспедициями.

Расстояние будет определяться путем измерения времени прохода светового импульса до Луны и обратно. Каждый такой лазерный импульс света будет отражаться одним из пяти рефлекторов, состоящих из множества специальных призм (числом от 100 до 300), которые отражают свет туда, откуда он пришел. Эти рефлекторы размером с небольшой плоский чемоданчик оставили на поверхности Луны три экспедиции "Аполлонов" и два советских автоматических зонда. Фокус только в том, чтобы попасть лазерным лучом в эти отражатели, а потом поймать отраженный ими свет телескопом. А это довольно трудная технологическая задача.

Уже давно известно, что расстояние между центрами Земли и Луны составляет около 383 тысяч 113,5 км. В начале 70-х годов это расстояние было измерено с точностью до 25 см, а в середине 80-х годов эта точность была доведена до 2 см. И вот теперь планируется увеличить эту точность еще в 20 раз.

Проект этот реализуется на деньги NASA и имеет целью, вообще-то, не измерение расстояния до Луны, а прояснение возможности проведения экспериментов с лазерной дальнометрией из космоса.

Е. Волынкина

(по материалам SpaceFlight Now)

Вообще-то орбита Луны эллиптическая + приливные горбы на Земле и на Луне + идут всякие возмущения от других планет. Так что измерения с точностью до миллиметра - это на какой-то фиксированный момент времени. А расстояние между центрами Земли и Луны все время меняется. Так что приведенное значение, скорее всего, среднее.

gals>измерения с точностью до миллиметра - это на какой-то фиксированный момент времени...

... i, bezuslovno, ot konkretnoj tochki A do konkretnoj tochki B, t.e. от tochki лазерного импульса до рефлектора, i ves' gvozd' v tom, chto etot reflektor na Lune. Po-moemu, v stat'e dazhe skazano dlya chego vse eto - лазерной дальнометрии из космоса (zhal', chto fast ostavil vsyu stat'yu 1:1 v ee zhurnalistskoj formulirovke). Ya dobavil by, chto takaya tehnologiya najdet primenenie i na Zemle, v kosmicheskoj geodezii, naprimer (est' takaya вещь), i v tradicionnyh geodezicheskih instrumentah, bez vsyakogo somneniya. Zrya nekotorye iz kolleg pogoryachilis' posadit' amov na kol za eres'

Да, ребятам точно делать нефиг. Был бы я американским налогоплательщиком, по голове бы настучал . Ну нафига мерять с миллиметровой точностью при разнице осей орбиты более 40 тыс. км??

Лучше бы Пи продолжали считать

Супер, пусть глупостями занимаются, иначе им в голову может придти что-нибудь страшное.

Оный аппарат может дать весьма много практике. Измеренное расстояние зависит от деформаций Земли+Луны. Периоды процессов разные, можно разделить и на основе рядов наблюдений делать выводы о внутреннем строении Землм и Луны. Как дальше повернется жизнь - неизвестно, может знания о внутреннем строении Луны будут востребованы практикой весьма скоро.

Ну а про то, для чего еще можно использовать измерения расстояний с мм точностью сказано в предыдущем сообщении. Это весьма перспективная методика! Трудно даже предсказать, какие открытия могут последовать.

На самом деле, такое измерение очень полезно для теории движения Луны в частности и теории гравитации вообще. Такие измерения позволяют уточнить строение Луны, распределение плотности по радиусу и другие космологические и космогонические параметры.
Главное, что при измерении с такой точностью (не однократном, конечно, а нескольких тысячах в разные моменты времени) можно измерить случайные и систематические изменения параметров лунной орбиты, и, на основе этого - величину приливных сил в лунной коре.

Zrya nekotorye iz kolleg pogoryachilis' posadit' amov na kol za eres'

Лично я не собирался никого на кол сажать - просто писавший журналист понял в меру своего журналюгского понимания (как обычно), так и донес до широких масс. И мои замечания касались приведенных цифр. Только точности измерений до мм. лучше проводить на какой-то точной мерной базе, а по неточно определенной мере ведь ничего протестировать нельзя. Другое дело, если использовать измерения расстояний до Луны для уточнения теории ее движения, но это давно используется. Уважаемые коллеги отметили уже это выше.

пока неизвестно что стоит за этой методой - деньги же кто-то на это выделил. Сегодня до Луны меряют, завтра прицеливаться лазером по спутникам начнут. Лазер то неслабый 1 ГВт .
В университетом такой техникой не балуются - скорее заказ НАСА или Пентагона.

gals: "Только точности измерений до мм. лучше проводить на какой-то точной мерной базе, а по неточно определенной мере ведь ничего протестировать нельзя."

Точность до мм. - это скорее всего внутренняя точность регистрации расстояния. Проверить эту величину можно, проведя ряд наблюдений в течение некоторого времени и получив затем остаточные уклонения от сглаженной траектории объекта. Беда астрономических измерений в том, что в космосе нет эталонов, там можно тестировать аппаратуру лишь по сравнению со старыми измерениями, да по согласию результатов с теоретическими представлениями о том, как должны изменяться измеряемые параметры. Такое положение со всеми астрономическими измерениями, даже проблема установления опорной системы координат весьма трудна: все в космосе движется и вращается и нет постоянных реперов.

При реальных наблюдениях на измеренную величину расстояния влияют многие трудно учитываемые факторы, например атмосферная рефракция. Избавиться от подобных ошибок трудно, но возможно, используя различные ухищрения в последующей обработке рядов измерений. Но если не будет высокой точности регистрации расстояния, то последующей обработкой не удастся достаточно точно выявить систематические ошибки конкретных измерений.

AV - нет в мире совершенства, что об этом говорить. Но в любом случае точность измерений данным прибором определяется тестовыми пробами - так ведь? Другое дело, как все организовать - это отдельная проблема - вы уже про это сказали.
А в при описании движения небесных тел нужно учитывать очень много факоров.
В свое время мы занимались вопросом расчетов потребных запасов топлива для поддержания нахождения КА в определенной "лузе" - т.е., чтобы он не отклонялся на орбите дальше заданных допусков. Делалось это просто численным интегрированием уравнений движения в сложных полях. Выяснилось, что на большом временном интервале значение имеет даже учет гармоник высокого порядка в разложении земного потенциала, хотя
они весьма небольшие по величине. То же касается и планет.
Например, для описания движения внутренних планет уже необходимо при планировании полета АМС учитывать эффекты общей теории относительности - используются решения Шварцшильда.
Для внешних планет рады бы тоже использовать, но там труднее получить данные.

Gals, в данном случае "инструментальная" точность определения расстояния определяется, вероятно, по остаточным уклонениям от сглаженной кривой изменения расстояния за сеанс наблюдений. Сгладить ведь можно и формально, не используя теорию движения планеты. Учет систематических ошибок - это уже совсем другая задача.

Кстати, применение описываемого метода позволит улучшить определение гармоник геопотенциала и, соответственно, учет их влияния на полеты аппаратов в зоне действия гравитационного поля Земли.

А эффекты ОТО уже учитываются не только при расчетах движения планет, но и для предвычислений видимых положений тел солнечной системы в Астрономическом Ежегоднике (учет искривления света, учет изменения масштаба времени в гравитационных полях). Неясно только, почему Вам не хватало данных для учета эффектов ОТО для полетов к внешним планетам: ведь массы и положения всех планет известны.

Полностью согласен с тем, что касается измерений и их использования для уточнения геопотенциала. Но вот для получения данных для последнего важно отсутствие именно систематических ошибок. Так ведь?
Эффеткы общей теории относительности "тонут" в погрешностях измерений положений внешних планет. Я этим, к сожалению, не занимался, а просто присутствовал на семинаре в ЦУПе, где делался доклад одним из авторов - Ивановым из этого заведения.
Популярная статья на эту тему была в "Науке и жизни" где-то в 83-84г.

2Gals.

Систематические ошибки в астрономических измерениях устраняются лишь надлежащей организацией процессов наблюдений и обработки. Иного в астрономии нет: в космосе эталонов для калибровки не существует. Таким же образом можно организовать и лазерную локацию Луны и прочих объектов. Лишь после обработки результатов наблюдений систематтические ошибки устраняются или влияние их становится минимально возможным.

Насчет внешних планет Вы, вероятно, не совсем точно выразились. Не данных для учета эффектов ОТО не хватает, а учет эффектов ОТО практически не улучшает результат, так как погрешности теорий движения внешних планет на порядки выше величин эффектов ОТО.

Да и имеет ли практичесий смысл учет этих эффектов при полетах к Юпитеру, Сатурну и т.д. Ведь навести аппарат с Земли с точностью в десятки км на конечном участке трактории весьма трудно. Все равно при конечных маневрах для наведения КА надежнее использовать данные бортовых навигационных систем.

Кстати, наличие космических аппаратов около многих внешних планет вскоре позволит значительно улучшить теории движения планет, так как возможны прямые измерения расстояний по времени прохождения радиосигналов от аппаратов.

А вообще я с Вами согласен в том, что проблемы с точностью астрономических данных существуют. Но так уж устроена жизнь: до последнего времени мы определяли всю геометрию космоса, находясь на Земле и не по непосредственным измерениям, а по косвенным. Лишь применение новых методов, в том числе и прямых измерений параметров КА, дало возможность улучшить на порядки точность многих величин. Вывод в космос, например, интерферометров с базами, размером с солнечную систему, может позволить по искривлению волнового фронта непосредственно измерять расстояния даже до самых далеких объектов Вселенной, что даст надежный материал для космологических теорий. Можно будет рассмотреть планеты у звезд и т.д. Наличие лазерных дальномеров, обладающих высокой точностью, может сыграть положительную роль и в решении этих задач, так как тут нужна будет высокая точность знания величины и ориентации баз интерферометров.

Так что перспективы выхода астрометрии в космос весьма радужные. Об этом еще лет 20 назад говорил И.С. Шкловский, подчеркивая, что "космическая" астрометрия становится главной для решения некоторых фундаментальных вопросов мироздания.

А вот нельзя определить расстояние с одного измерения до луны. Я вообще сомневаюсь, что точность быдет 1 мм. На бугорок попал луч - меньше расстояние, в кртер - больше.

Во-первых, для лазерной локации Луны используются уголковые отражатели. Так что попасть то на бугорок, то на впвдину нельзя: аппараты сейчас неподвижны.

Во-вторых, нужно знать, точность чего будет равна 1 мм. Иногда "измерением" называют не единичный импульс, а серию, состоящую из многих импульсов. Осредненная величина расстояния, приеденная к единому моменту времени и дает расстояние с указанной точностью. Из приведенного сообщения нельзя сделать вывод, точность чего будет 1 мм.

Насчет внешних планет Вы, вероятно, не совсем точно выразились. Не данных для учета эффектов ОТО не хватает, а учет эффектов ОТО практически не улучшает результат, так как погрешности теорий движения внешних планет на порядки выше величин эффектов ОТО.

Ну, дело ведь в том, что расчетные модели движения тестируются по результатам наблюдений - по внешним планетам ошибки измерения существенные.
Да, конечно, иск. спутники много дали.
А вообше, ведь у радиоинтерферометров точность измерений сейчас на пару порядков повыше, чем у оптических телескопов. Не знаю вот только, используются ли радиоинт-ры для работы с косическими станциями в дальнем космосе - просто не знаю, на каких длинах волн идет связь. А так, на Земле разрешения у оптических телескопов в лучшем случае порядка 0.1-0.05 угл.секунд, а у р-в порядка 0.001-0.0001.

AV>Во-вторых, нужно знать, точность чего будет равна 1 мм. Иногда "измерением" называют не единичный импульс, а серию, состоящую из многих импульсов...

Ya by skazal s uverennost'yu v 99% chto ne иногда, a vsegda. Vot primer - dal'nomer, tochnost' kotorogo "vsego lish'" 3 mm, delaet eto 400 raz.

AV>Осредненная величина расстояния, приеденная к единому моменту времени и дает расстояние с указанной точностью.

Da - ljuboj na praktike ispol'zuemyj sveto- ili lazernyj dal'nomer opredelyaet rasstoyanie po formule
L=t/n+p, t - vremya, n - kol-vo impul'sov, p - vsevozmozhnye popravki. Teoreticheski, chem bol'she rasstoyanie, tem tochnee ono meritsya, vsya problema v tom, chto otvetnyj impul's ot reflektora stanovitsya slishkom slabym. Sdelat' pribor, gde n=1 i tochnost' rezul'tata 1 mm (dazhe dlya rasstoyaniya 380000 km), Zemnye tehnologii vryad li pozvolyayut???
A vot, kak vse eto budet v eksperimente
"новая технология... позволит... производить по 20 вспышек в секунду в 30-минутные серии, в течение которых будут задействованы все 5 рефлекторов, что позволит снять неопределенность связанную с расположением Луны относительно Земли"