Расстояние от земли до луны 150 млн км

Как астрономы измеряют расстояние между космическими телами

Астрономы утверждают, что расстояние от Земли до Луны – 384 тысячи километров, Солнце же удалено от нас на 150 миллионов километров. Но как они смогли это узнать?

Удивительно, но первая попытка определения космических расстояний была сделана еще в Древней Греции ученым Аристархом Самосским, жившим в III веке до нашей эры. Он придумал весьма остроумный способ измерения. Для начала ученый решил определить, во сколько раз Солнце дальше от Земли, чем Луна. К этому времени уже было известно, что Земля, Луна и Солнце имеют шарообразную форму и что Луна светит отраженным от Солнца светом. Аристарх догадался, что если Солнцем освещена ровно половина Луны, угол между направлениями от Луны на Солнце и на Землю является прямым. Если в этот момент измерить с Земли угол между Солнцем и Луной, то можно построить треугольник, в котором будут известны все углы (один – прямой, другой мы измерили, а третий легко высчитать, зная, что сумма углов треугольника всегда равна 180°). А так как от углов треугольника зависит и соотношение его сторон, то, зная расстояние до Луны, можно рассчитать и расстояние до Солнца.

РАССТОЯНИЕ ПО ТЕНИ

Но ведь расстояние до Луны тоже неизвестно! Впрочем, его можно вычислить, зная ее радиус и видимый угловой размер. Угловой размер измерить несложно, а вот определить радиус Луны оказалось куда сложнее. Для этого Аристарху пришлось дождаться лунного затмения. Ученый знал, что затмение Луны происходит, когда она попадает в тень Земли, и край этой тени виден на лунном диске в начальную и в конечную фазы затмения. Значит, наблюдая за тенью, можно определить, во сколько раз Земля больше Луны. Примерно в это время другой древнегреческий ученый, Эратосфен, довольно точно рассчитал размер радиуса нашей планеты, что позволило вычислить размер Луны, а затем и расстояние от Земли до Луны и Солнца.

МАЛЕНЬКАЯ НЕТОЧНОСТЬ – БОЛЬШАЯ ОШИБКА

То, до чего додумались античные ученые, не может не восхищать, но, увы, у них не было точных астрономических приборов. Поэтому все результаты измерений оказались приблизительными. И тем не менее, расстояние до Луны у Аристарха получилось довольно-таки близким к истине – около 500 тысяч километров. То есть он ошибся меньше, чем на треть, – отличный результат, учитывая, как давно это было!

А вот с расстоянием до Солнца Аристарх промахнулся очень сильно. Дело в том, что ученый, как говорится, на глазок определял время, когда Солнце освещает Луну ровно наполовину. В результате у него вышло, что угол между направлением на Луну и на Солнце составляет 87°. Хотя на самом деле, как мы знаем сейчас, этот угол равен примерно 89,8°. Эта, на первый взгляд незначительная, ошибка привела к тому, что вычисленное Аристархом расстояние отличалось от истинного в 20 раз!

После Аристарха другие астрономы пробовали повторить наблюдения по его методу. Но никто не мог точно определить момент измерения угла между Солнцем и Луной, поэтому у всех этот угол получался немного разным, а из-за этого расстояние до Солнца оказывалось то в 20, то в 400 раз больше, чем до Луны. Стало понятно, что этот метод очень неточный и нужно придумать что-то другое.

Некоторые астрономы попробовали использовать метод, который применяется в геодезии, когда нужно определить расстояние до какой-нибудь труднодоступной точки, расположенной, например в болоте или на другой стороне реки. Суть его в следующем. Сперва на земле откладывается отрезок АВ и измеряется его длина. Потом геодезист, встав на точку А, определяет угол между отрезком АВ и направлением на точку С, расстояние до которой нужно измерить. Затем то же самое проделывается в точке В, то есть выясняется величина углов ABC и ВАС. Теперь можно сделать точный чертеж расположения точек А, В и С на листке бумаги. Для этого следует нарисовать в масштабе отрезок АВ, провести из его концов линии под соответствующими углами, и место, где эти линии пересекутся, будет отображать точку С. Имея перед собой такой чертеж, можно, например, узнать расстояние на местности от точки А до точки С – для этого нужно умножить длину отрезка АС на масштаб рисунка. А зная кое-какие геометрические соотношения, можно выяснить и другие параметры треугольника ABC.

УГОЛ НА ФОНЕ НЕБА

Этот же принцип можно применить и для определения расстояния до небесных тел Солнечной системы. Только в этом случае удобнее измерять угол р, определяя различия в видимом положении объекта на небосводе при наблюдении с двух разных точек. Причем, чтобы понять величину угла, астрономы используют далекие звезды в качестве фона, ведь их положение практически не меняется, с какого места Земли на них ни смотри. Так, если из одного пункта какая-то звезда видна у самого края Луны, а из другого эта же звезда в этот же момент видна у противоположного ее края, то по видимому смещению мы можем найти расстояние от Земли до Луны гораздо точнее, чем это сделал Аристарх Самосский. С расстоянием же до Солнца ничего не вышло – из-за того, что расстояние это очень большое (и значит, угол будет очень маленький), главное же, потому что сравнить положение Солнца на небе со звездами, понятное дело, невозможно, ведь днем их не видно.

ОТ МАРСА К СОЛНЦУ

Вопрос о расстоянии от Земли до Солнца не удавалось решить почти два тысячелетия. Но в 1619 году немецкий ученый Иоганн Кеплер открыл закономерность, связывающую время обращения планет вокруг Солнца с расстояниями до него. К примеру, если известно, во сколько раз марсианский год больше земного, можно посчитать, во сколько раз Марс дальше от Солнца, чем Земля. Так как времена обращения планет были давно известны, Кеплер смог вычислить относительные расстояния между объектами Солнечной системы. Он, например, рассчитал, что Марс в 1,52 раза дальше от Солнца, чем Земля, а также, что среднее расстояние между орбитами Земли и Марса примерно в два раза меньше расстояния от Земли до Солнца. И если бы удалось измерить хотя бы одно расстояние, все другие можно было бы легко определить.

В 1672 году французский астроном итальянского происхождения Джованни Доменико Кассини решил попробовать измерить расстояние до Марса тем же способом, которым не получалось измерить расстояние до Солнца, – методом измерения угла из двух разных точек. Астроном хорошо понимал, что точность измерений очень сильно зависит от расстояния между пунктами наблюдений. Поэтому он отправил своего помощника Жана Рише подальше от Европы – во Французскую Гвиану, а сам остался в Париже. В результате этих наблюдений удалось довольно точно измерить расстояние до Марса, а исходя из него – и до Солнца, ошибка составила меньше 3% от истинного значения.

Источник

Расстояние от Земли до Луны: средний, минимальный и максимальный параметры

Среднее расстояние от Земли до Луны принято измерять между осями центров Луны и Земли, и этот способ вычислений необходим из-за постоянного движения, которое совершают оба участника космического процесса. Повинуясь силе всемирного тяготения, единственный спутник планеты Земля и первый сателлит Солнечной системы, если вести традиционный отсчет от светила, то приближается, то удаляется от нее под действием разновекторных притяжений. Расстояние до Луны от Земли в километрах – это вариативная величина, определяемая периодами движения космических тел, их фазами и циклами, периодами взаимодействия.

Краткая история вопроса

Попытки определить дистанцию между спутником и планетой делались с того момента, когда человек осознал, что Луна – не отверстие в твердом небосводе, сквозь которое ночью на планету попадает свет. Общеизвестная цифра в 384400 километров (если уж совсем точно, то 384399 км) может приводиться компетентными источниками как число, полученное по отношению к астрономической единице.

Но среднее расстояние – это величина большой полуоси орбиты Луны, и оно составляет 384000 км. А за астрономическую единицу принято принимать расстояние от Земли до звезды, которая является центром и основной движущей силой Солнечной системы.

Ее третья планета, первая с имеющимся спутником, удалена от своего сателлита на 0,00257 астрономической единицы. Последняя – тоже результат сложных вычислений, и она составляет среднее расстояние от Земли до Солнца. Самый близкий к месту обитания человечества, загадочный и постоянно присутствующий на ночном небосклоне спутник планеты всегда привлекал внимание человека.

Луна была таинственной и непонятной для первобытного сознания.

Ее способность двигаться по небосклону и видоизменяться придавала ей мистичность и загадочность, вследствие чего рождалась масса верований и суеверий. Зарождение науки, постоянное наблюдение за перемещениями на небосводе и тенями, отбрасываемыми на Землю, наводили на размышления и расчеты.

В центре современной европейской и мировой цивилизации – Древней Греции – астрономы проводили постоянное наблюдение за движением теней и самих небесных светил, которые были самыми яркими и доминантными на земном небосклоне. Не отставали от них и ученые-астрономы других исторических периодов:

1. Аристарх Самосский, пытавшийся определить с помощью прямоугольного треугольника, на каком расстоянии Луна находится от Земли, ошибся почти в 29 раз. Это произошло, потому что у греков не было возможности провести абсолютно точные астрономические наблюдения.
2. Спустя столетие Гиппарх Никейский получил другие результаты, использовав как единицу измерения радиус земного шара. Он определил расстояние между Землей и Луной с точностью, поражающей воображение современного человека. Рассчитать с помощью геометрии, наблюдения за тенями, простых угломерных и оптических инструментов данную дистанцию с такой минимальной погрешностью (380–382 тыс. км) мог только по-настоящему гениальный ученый.
3. В настоящее время определить, какова удаленность, смогли с помощью лазерного луча. Отражатель, установленный космической миссией на лунной поверхности, посылает пучок лучей, часть из которых возвращается к специальному детектору. Основные цифры в этом методе – скорость света и время, затраченное лучами на прохождение расстояния, и этот точный метод позволил сделать измерения практически без погрешностей.

Расчет удаленности в современной астрономии основан на многих показателях – данных, полученных с земной поверхности, с помощью радиосигналов и лазерных лучей, космических аппаратов и телескопов, вычислительных машин и перманентных наблюдений.

Небесной картинке свойственно постоянно меняться, потому что тела в ней совершают неуклонное движение. Ближний к планете объект то уходит, то возвращается по своей эллиптической орбите, поэтому расстояние может составлять максимальные или минимальные цифры.

Считается, что сегодня знания человека позволяют измерить его с точностью до сантиметра. Однако в статьях, найденных в поисковике, могут называться вариативные или противоречивые цифры. Также иногда утверждается, что точные данные до сих пор неизвестны.

Об определении удаленности и вариантах ее значения

Википедия – популярный проект, к которому принято обращаться, если в каких-либо данных возникают сомнения. Ответ на запрос, каково расстояние от Земли до Луны, содержит несколько цифр, средняя из них – 384 тыс. 467 км.

Постоянное перемещение в пространстве Вселенной не позволяет ответить на вопрос об удаленности одной общей цифрой, поэтому для ответа необходимо знание отдельных параметров. Следует учитывать, где Луна должна находиться по отношению к земной поверхности, куда она будет идти в зависимости от фазы.

Даже самый точный ответ невозможен в реальном времени. Потому что пока будут производиться подсчеты, она продолжает движение, вследствие чего полученный результат претерпит ощутимые изменения.

Для получения примерных знаний об удаленности пятого по величине спутника планет Солнечной системы и единственного небесного тела, на котором побывал человек (кроме Земли), можно проанализировать некоторые данные, полученные путем многолетнего мониторинга за Луной.

Перигей

Перигей (самая близкая к третьей планете точка лунной орбиты) при разных условиях составляет, в среднем, 363000 км. Если совсем точно, то 363104 километра, а 000 приводят для упрощения представлений.

Предмет многочисленных верований, суеверий и предсказаний астрологов в минимальном значении может отклоняться довольно далеко от 363000 (356 тыс. 400 км и 370400 – довольно значительные расстояния по земным меркам). В последнее время фазам Луны, ее расположению, близости или удаленности от землян принято придавать огромное значение.

Людям стало привычно слушать прогнозы астрологов, связанные с белой Луной (перигеем) и черной (апогеем, или максимальной удаленностью от Земли), рассматривать устрашающие фото, читать, где находится в это время Марс и под каким зодиакальным созвездием находятся определенные дни месяца.

Если отбросить мистические составляющие и расхожие суеверия, можно достаточно серьезно принимать за достоверные данные результаты прогнозов. Космические масштабы не исключают действия силы всемирного тяготения, согласно которой не только Земля действует на Луну, но и сателлит влияет на процессы своего основного владельца, а колоссальная масса центра Солнечной системы позволяет ему удерживать и вращать свои планеты вместе со спутниками, несмотря на среднее расстояние в почти 150 (149,6) млн км.

Наглядно это представлено в таблице.

Цифра 380 тыс. км (384467 км) – это расстояние между центрами Луны и Земли, иногда определяемая как 0,00257 а. е., приблизительно равняется 30 земным диаметрам, а значение в 384399 километров – это большая полуось эллиптической орбиты, по которой совершает свое движение самое близкое к планете космическое тело. При этом само понятие стабильной Вселенной не может приниматься как данность.

Космос постепенно изменяется под влиянием разновекторных сил и взаимовлияний. Даже Луна каждый год удаляется от планеты Земля на 38 миллиметров под влиянием гравитационно-приливного ускорения, а ее орбитальные изменения колеблются от максимального перигея до самого большого апогея.

Апогей

Это полная противоположность перигею, условная точка лунной орбиты, так называть ее стали от терминологии древних греков, впоследствии перешедшей в язык науки – латынь. Во время полного оборота вокруг своего основного центра вращения единственный земной спутник делает не ожидаемый круг, а эллипс.

Апсида – это название двух точек совершаемого пути, перицентра и апоцентра, ближайшей и наиболее удаленной, но и линия апсид может изменяться. Минимальное значение апогея – 404 тыс. км, максимальное – 406 тыс. 700 км. Подсчитано, что на разных этапах вращений, совершаемых Луной, она может дополнительно удаляться более чем на 25 тыс. км.

В основу современных способов измерения удаленности были положены разнообразные методы, вплоть до древнегреческих, графическое изображение которых дошло до наших дней. Точность вычислений Гиппарха, располагавшего только угломерными инструментами, поражает воображение, но не всегда упоминается заслуга Эратосфена, вычислившего окружность Земли и тем самым давшего опорную цифру Гиппарху.

Не менее поразительно, что данные о диаметре планеты, полученные на основании вычислений Эратосфена, позволили подойти максимально близко к цифре, известной до настоящего времени.

Смотрите видео на эту тему.

Изменение удаленности под влиянием времени

Сложные вычисления – основной метод определения расстояний, который со временем приобретает пугающие простого человека объемы.

Основная гипотеза происхождения космического тела, выброшенного на орбиту планеты примерно 4,5 миллиарда лет назад, состоит в столкновении Земли с другой гипотетической планетой.

Сразу после появления в земной орбите Луна была примерно в 20 раз больше нынешней и прекрасно наблюдалась над горизонтальной линией. Ученые считают, что она могла находиться на смешном по нынешним временам удалении, примерно в 15–20 тысячах километров. Зная диаметр, можно легко определить радиус.

Луна – крайне любопытное небесное тело, на которое оказывает влияние не только Земля, но и Солнце, а также другие составляющие Солнечной системы. Даже если не знать о гипотезе ее происхождения, можно предположить ее необычное возникновение, потому что она является единственным спутником нашей планеты, причем одним из крупнейших в Солнечной системе. Однако пробы лунного грунта показали давность в 4,1 млрд лет, что намного меньше, чем дата предполагаемой космической катастрофы.

С открытием Ньютоном теории всемирного тяготения появились научные объяснения многочисленным почему, которые возникли у ученых за долгие годы наблюдений. Например, почему записи о предсказаниях солнечных затмений знаменитыми исследователями древности не совпали с их реальным прохождением. Галлей предположил, что сутки Земли удлинились, а это произошло из-за постепенного удаления Луны. Чтобы подтвердить постепенное бегство естественного спутника, достаточно измерять расстояние на постоянной основе.

Радиолокация и прием лазерных сигналов показали, что ежегодное удаление равно 3.8 см, а по странному совпадению расстояние между планетой и спутником составляет 3.8 х 10 в 5 степени км. Кажется, что сосчитать, через сколько лет Луна покинет Землю, или та, под влиянием трения вследствие приливов и отливов повернется к спутнику одной стороной, несложно, достаточно знать простые формулы расчета.

Однако точно определить это время невозможно, даже зная, что год составляет 365 оборотов Земли вокруг Солнца (потому что на самом деле их больше, отсюда и погрешности в вычислениях, и в сутках ровно 36300 секунд), а скорость света составляет триста тысяч километров.

Примерный отрезок времени, в который можно определять вероятное лунное бегство, – 616 млрд лет или даже больше, поэтому особенно размышлять, что будет, если… пока не стоит. Даже сложно определить период, когда не будет солнечных затмений, потому что спутник не будет отражать свет звезды (солнечные лучи).

Пока моря, океаны и другая вода покорно перемещают свой объем под лунным притяжением, образуя приливы и отливы, сказать, сколько раз еще это произойдет, затруднительно. Но уж точно не через один миллиард лет. Сейчас сила трения от них увеличивает расстояние за год на маленький отрезок, но со временем он будет неуклонно увеличиваться, повинуясь силе трения. И сравнивать скорость можно только с прошлым, а не с будущим.

Как наглядно представить расстояние

Основные размышления на эту тему касаются того гипотетического времени, когда человечество будет совершать полеты туда и обратно на постоянной основе. Если единица измерения – миля, цифра кажется не такой ужасающей, но вот если использовать метр, покажется просто непостижимой, потому что 365400 или 375000 миль увеличатся на тысячу. Даже зная скорость тогдашнего космического корабля, посчитать расстояние непросто.

Потому что лететь приходится не по прямой, а учитывая силу притяжения и параллакс, а также новейшие технические достижения, о которых пока практически ничего не известно.

При исследованиях стремятся посылать на Луну ракету в такой период, чтобы дистанция была минимальной, а не средней, в 380000 км.

Она будет зависеть не от апогея или перигея (на какой там расчетной дистанции она будет), а от того участка пути, который потребуется, чтобы преодолеть силу земного притяжения. Но если не брать во внимание космос, а только дни и часы, то быстрее всего на Луну доберется свет – за 1,3 световых секунды. Из всего этого можно сделать следующие заключения:

• пешком на Луну придется добираться всего лишь 9 лет (жаль, что в невесомости не работают земные пропорции);
• на постоянно движущемся со скоростью 100 км/ч автомобиле нужно ехать каких-то 160 дней;
• с помощью пассажирского самолета (скорость 800–810 км/ч) – время, равное примерно 3 неделям;
• космический корабль «Аполлон» в 69 году прошлого века летел туда три дня;
• реклама будущих полетов на современных аппаратах обещает перекрыть общую площадь за считанные часы и дать возможность увидеть воочию то, что пока известно только по фотографиям.

Остается посчитать, сколько будет лететь попугай, но для этого нужно знать его вид и среднюю скорость, например, до 1020-й галактики в созвездии Кит. Потому что любая цифра, миллион или 237, превращенная в визуальное или физическое представление, может дать только образное, а не реальное время, затраченное на преодоление определенного количества километров.

Человеку, далекому от астрономии, достаточно знать, что примерная цифра удаленности Луны от Земли составляет около 390 тысяч километров. Сколько это будет в милях, дюймах или взмахах крыльев попугая – знать не очень обязательно. В ближайшее время не предвидится ни массовых полетов на экскурсию по поверхности, ни бегства спутника от своего центра притяжения. Однако человек разумный все более задумывается о возможностях освоения космического пространства, и, возможно, когда-нибудь перелеты и впрямь будут обычным явлением.

Источник