Расстояние от земли до луны. Как измерили расстояние от Земли до Луны
В древностиПосле столкновения, обломки Теи были выброшены на орбиту Земли. Затем под воздействием гравитации они образовали небесное тело - Луну. Орбита Луны в то время была намного ближе, чем сегодня и находилась на расстоянии 15-20 тыс. км. На небосводе видимый ее размер тогда был в 20 раз больше. Со времени столкновения, расстояние Луны от Земли увеличивалось и на сегодня оно составляет в среднем 380 тыс. километров
Еще в античности люди пытались вычислять расстояние до видимых небесных тел. Так древнегреческий ученый и философ Аристарх Самосский, определил расстояние до Луны в 18 раз ближе Солнца. В действительности, это расстояние меньше в 400 раз.
Более точными были результаты вычислений у Гиппарха, согласно которым, расстояние до луны равнялось 30-ти земным диаметрам. Его расчеты основывались на вычислениях окружности Земли Эратосфена. По сегодняшним меркам это составляло 40 000 км, что диаметр Земли в 12800 км. Это соответствует действительным современным параметрам.
Современные данные об орбите Луны
Сегодня наука имеет достаточно точные методы определения расстояний до космических объектов. Во время пребывания астронавтов на Луне, они установили на ее поверхности лазерный отражатель, по которому ученые с высокой точностью сейчас определяют размеры орбиты и расстояние до Земли.Форма орбиты Луны немного вытянута в овал. Самая близкая точка к Земле (перигей) находится на расстоянии 363 тыс. км, самая дальняя (апогей) - 405 тыс. км. Орбита имеет также значительный эксцентриситет 0,055. Из-за этого ее видимые размеры на небе довольно различны. Также плоскость орбиты Луны на 5° наклонена к плоскости орбиты Земли.
По орбите Луна движется со скоростью 1 км/с и огибает Землю за 29 дней. Местоположение ее на небе каждую ночь смещается вправо, глядя со стороны северного полушария, а для наблюдателей южного полушария - влево. Для них видимый диск Луны выглядит в перевернутом виде.
Луна ближе Солнца в 400 раз и настолько же меньше его в диаметре, поэтому на Земле наблюдаются солнечные затмения в точности совпадающие с размерами дисков светила и спутника. А из-за эллиптической орбиты Луна в дальней точке меньше в диаметре и благодаря этому видны кольцеобразные затмения. Луна постепенно продолжает удаляться от Земли на 4 см в столетие, поэтому в далеком будущем таких затмений, как сейчас, людям наблюдать уже не придется.
Кто не засматривался ясным погожим вечером на вечную спутницу Земли - таинственную и притягательную Луну? Издалека она кажется ровной и почти белой, но какая она на самом деле, какое расстояние до Луны? Она представляет собой естественный спутник Земли, который имеет шаровидную форму и диаметр 3480 км. Если прибегнуть к помощи телескопа, можно разглядеть ее поверхность, сплошь покрытую скалами. Учеными доказано, что на Луне полностью отсутствует атмосфера, а значит, исключена какая-либо жизнь. Гипотез достаточно много, но к однозначному решению ученые еще не пришли. Возможно, что собранные факты постепенно приоткроют завесу тайны.
Расстояние от Земли до Луны, рассчитанное между их центрами, составляет 384 399 километров или 0,00257 астрономических единиц. Если сравнить его с диаметром нашей планеты, то путь до спутника составит 30 диаметров Земли. Интересен факт, что в отличие от Луны эллиптическая, поэтому расстояние до Луны периодически меняет свою величину.
Во 2 веке об этом свойстве планеты уже знал ученый Гиппарх. Ему удалось вычислить среднее расстояние до Луны, причем почти соответствующее современному значению. Он первый рассчитал, что оно равно 30 диаметрам Земли. Другой ученый, в своих сочинениях «О величинах и расстояниях Солнца и Луны» еще в III в. до нашей эры попытался вычислить расстояния между этими небесными телами. Он взял за основу тот факт, что Луна имеет форму, приближенную к шаровидной, и что она светит светом, отраженным от Солнца. Он считал, когда Луна находится в определенной фазе и имеет вид полудиска, она образует геометрическую форму в виде треугольника с прямым углом. Но, к сожалению, ученый ошибся в расчетах в 20 раз, так как оказалось невозможным определить, когда именно Луна расположится в самой вершине прямого угла.
Сегодня расстояние до Луны определяется несколькими точными способами. Известен метод триангуляции из двух, самых удаленных точек на Земле. Другой метод основан на применении лазера и заключается в том, что измеряется время лазерного сигнала, посланного до Луны, а затем полученного обратно. Суть его в том, что на Луне ученые используют специально установленный уголковый отражатель. Лазерный сигнал посылают с поверхности Земли на отражатель, при этом точно устанавливается время его отправки. Посланный и отраженный на Луне свет за определенное время возвращается в телескоп. Вычислив точное время, в течение которого луч прошел расстояние от Земли до Луны и вернулся обратно, определяется расстояние от источника излучения до отражателя.
Например, в ближайшей к Земле точке орбиты расстояние до Луны составляет 363 104 км, а при удалении, точнее в апогее, оно равно 405 696 км. В итоге расстояние может отличаться почти на 12 %.
Земля и Луна не точечные тела, поэтому для определения наименьшего расстояния между ними делаем следующий расчет: из расстояния в перигее вычитаем сумму радиусов, которые равны 6378 и 1738 км. Получаемый результат и есть искомое наименьшее расстояние между точками поверхности Луны и Земли, которое равно 354 988 км.
Если бы мы отправились пешком в путь, равный расстоянию от Земли до Луны, шагая со скоростью 5 км/час без остановки, то преодолели бы его только через 9 лет. Полет на самолете со скоростью 800 км/час был бы короче, он позволил бы нам попасть на Луну через 20 дней.
В реальности преодолели расстояние до Луны американские астронавты на космическом корабле «Аполлон». Это были первые люди, которые прошлись по Луне, а произошло это значимое событие 20 июля 1969. Для этого им понадобились 3 суток. Самый быстрый способ - это лететь со скоростью света, которая равна 300 тыс. км/с, при станет досягаемой через 1,25 световой секунды.
Луна является естественным спутником Земли. Её основное влияние главным образом выражается в виде приливов и отливов, это связано с тем, что гравитация создает две выпуклости на противоположных сторонах планеты. Также расположена одновременно близко и далеко от Земли. Сколько по времени лететь до Луны?Ученым пришлось потратить огромное количество времени, чтобы вычислить оптимальные траектории полета. Огромное значение имеет как сам летательный аппарат, так и тип используемого топлива, также большое влияние оказывает выбранная методика взлета и посадки. В результате для достижения поверхности спутника человеку может потребоваться от нескольких суток до восьми часов.
Нюансы полета
Точное измерение дистанции стало возможным благодаря использованию лазерного оборудования, однако еще в более древние времена астроном Гиппарх сумел вычислить, что расстояние от Земли до Луны - примерно, 380 000 километров, оказавшись ближе всех к правде. Именно расстояние, а также местонахождение небесного тела являются основными критериями в вычислении длительности полета. В поисках оптимального решения ученые создали несколько теорий, согласно которым можно оптимизировать количество потраченного топлива и увеличить конечную точность приземления.
Орбита Луны является эллиптической, из-за чего расстояние между спутником и Землей постоянно меняется. Выглядит это следующим образом:
- перигей - это ближайшая точка, когда спутник подходит максимально близко к планете, в случае с Луной расстояние составляет от 356 400 до 370 400 км;
- апогей - противоположная точка орбиты, когда Луна, напротив, наиболее сильно отдаляется от Земли, в этом варианте расстояние составит более 404 000 км;
- средняя дистанция, или большая полуось, равна 384 999 км.
Для того чтобы преодолеть такое «малое» по меркам Космоса расстояние на самолете со скоростью 800 км/ч, понадобится около 20 дней. Известно, что корабли «Аполлон» могли долететь до Луны всего за трое суток, что уже намного быстрее. Если суметь разогнать аппарат до второй космической скорости (11 км/c), то человек сможет выйти на поверхность спутника уже через 10 часов.
Самым технологически продвинутым полетом к Луне стал запуск зонда ЕКА SMART-1. До спутника он добирался целых 410 дней. В качестве силовой установки был использован революционный для 2003 года ионный двигатель, основным достоинством которого стала экономичность в расходе топлива. За все путешествие зонд потратил лишь 82 килограмма топлива, закрепив за подобным способом звание самого экономичного и одновременного самого длительного.
Пять дней понадобилось китайскому спутнику Chang’e-1, чтобы добраться до орбиты Луны, при помощи обыкновенных ракетных двигателей. Однако ему пришлось некоторое время оставаться на орбите Земли, для того чтобы получить правильные координаты точки отправки. Это можно считать очень неплохим результатом, особенно учитывая, что это стандартная технология.
Наиболее быстрым пилотируемым полетом стала миссия «Аполлон». Астронавты отправились «Сатурн-5» и уже через трое суток достигли лунной поверхности. В состав экспедиции входил знаменитый Нил Армстронг. Данный полет имел огромное значение для США, поскольку на нём базировалась вся национальная идея, требовавшая выполнения задачи по покорению спутника Земли. Успешное её выполнение ознаменовало победу Америки над СССР в космической гонке.
Впрочем, перелеты можно осуществить и намного быстрее. Спутник, запущенный согласно проекту NASA «Новые горизонты», относящийся к исследованию Плутона, сумел преодолеть 380 000 километров всего за 8 часов и 35 минут. Это стало возможным благодаря тому, что с самого начала спутник имел сильное ускорение в 58 000 км/ч, данный шаг был обусловлен задачей по преодолению солнечной гравитации, что сделало возможным достижение Луны в более менее приемлемые для человека сроки. Однако следует учитывать перегрузки, которые испытывает организм во время подобного полета, а это, в свою очередь, серьезно осложняет всю задачу, делая настоящей головоломкой для инженеров.
Заключение
Тем не менее, никакие препятствия и сложности не смогли помешать образованию туристических агентств, которые способны отправить человека в Космос на уик-энд. Подобных туров существует всего несколько, причем в их числе есть как долгие, когда используются ионные двигатели, так и быстрые, в таком случае клиент будет возвращен обратно всего через несколько дней. Однако следует учитывать, какие средства выделяются для осуществления хотя бы одного полета. На данный момент Космос обходится слишком дорого даже государствам, поэтому о простых, даже относительно богатых людях говорить не стоит.
Развитие современных технологий идет очень большими темпами. Уже скоро человечество сможет начать колонизацию и строительство долговременных баз на ближайших космических объектах. Тем не менее, вопрос «Сколько по времени лететь до Луны?» будет открытым из-за появления новых, более эффективных транспортных средств, а также более качественного топлива, которое будет давать намного больше энергии, что позволит серьезно увеличить скорость нынешних космических аппаратов.
Расстояние от Земли до Луны пытались измерить еще древние греки.
До нас дошло только сочинение Аристарха Самосского «О величинах и расстояниях Солнца и Луны» (III в. до н. э.), где он впервые в истории науки попытался установить расстояния до этих небесных тел и их размеры.
К решению этого вопроса Аристарх подошел очень остроумно. Он исходил из предположения, что Луна имеет форму шара и светит отраженным от Солнца светом. В этом случае, в те моменты, когда Луна имеет вид полудиска, она образует прямоугольный треугольник с Землей и Солнцем:
Если в этот момент точно определить угол между направлениями с Земли на Луну и на Солнце (CAB), можно из простых геометрических соотношений найти, во сколько раз катет (расстояние от Земли до Луны AB) меньше гипотенузы (расстояния от Земли до Солнца AC). По Аристарху, CAB=87°; следовательно, соотношение этих сторон 1:19.
Аристарх ошибся приблизительно в 20 раз: в действительности расстояние до Луны меньше, чем до Солнца, почти в 400 раз. Загвоздка заключается в том, что точно определить момент, когда Луна оказывается в вершине прямого угла, лишь на основе наблюдений невозможно. Малейшая же неточность влечет за собой огромное отклонение от истинного значения.
Величайший астроном древности Гиппарх Никейский в середине II века до н. э. с большой уверенностью определил расстояние до Луны и ее размеры, приняв за единицу радиус земного шара.
В своих вычислениях Гиппарх исходил из правильного понимания причины лунных затмений: Луна попадает в земную тень, имеющую форму конуса с вершиной, находящейся где-то в стороне Луны.
Схема, поясняющая определение радиуса Луны по методу Аристарха.
Византийская копия X века.
Посмотрите на рисунок. Он показывает положение Солнца, Земли и Луны во время лунного затмения. Из подобия треугольников следует, что расстояние от Земли до Солнца AB во столько раз больше расстояния от Земли до Луны BC, во сколько раз разность радиусов Солнца и Земли (AE - BF) больше разности радиусов Земли и ее тени на расстоянии Луны (BF - CG).
Из наблюдений при помощи простейших угломерных инструментов следовало, что радиус Луны составляет 15", а радиус тени приблизительно 40", то есть радиус тени больше радиуса Луны почти в 2,7 раза. Приняв расстояние от Земли до Солнца за единицу, можно было установить, что радиус Луны почти в 3,5 раза меньше радиуса Земли.
Уже было известно, что под углом в 1" наблюдается предмет, расстояние до которого превосходит его размеры в 3 483 раза. Следовательно, рассуждал Гиппарх, под углом в 15" наблюдаемый предмет будет в 15 раз ближе. Значит, Луна находится от нас на расстоянии, в 230 раз (3 483: 15) превосходящем ее радиус. А если радиус Земли составляет приблизительно 3,5 радиуса Луны, то расстояние до Луны равно 230: 3,5 ~ 60 радиусов Земли, или около 30 земных диаметров (это около 382 тыс. километров).
В наше время измерение расстояния от земли до Луны было выполнено с помощью метода лазерной локации. Суть этого метода заключается в следующем. На поверхности Луны устанавливается уголковый отражатель. С Земли с помощью лазера на зеркало отражателя направляется лазерный луч. При этом точно фиксируется время, когда сигнал был излучён. Отражённый от прибора на Луне свет в течение примерно одной секунды возвращается в телескоп. Определив точное время, за которое луч света проходит расстояние от Земли до Луны и обратно, можно установить расстояние от источника излучения до отражателя.
С помощью этого метода расстояние от земли до Луны определено с точностью до нескольких километров (максимальная точность измерения в настоящее время - 2-3 сантиметра!): в среднем оно составляет 384 403 км . «В среднем» не потому, что это расстояние взято из разных или приблизительных результатов измерений, а потому, что орбита Луны представляет собой не окружность, а эллипс. В апогее (наиболее удаленная от Земли точка орбиты) расстояние от центра Земли до Луны 406 670 км, в перигее (наиболее близкая точка орбиты) - 356 400 км.
Украшением ночного неба помимо россыпи звезд, безусловно, является Луна. Благодаря сочетанию ее размера и расстояния до Земли, она является вторым по яркости небесным объектом и может полностью заслонить солнечный диск во время затмения. Неудивительно, что ночное светило не одно тысячелетие притягивает к себе внимание человечества.
Если бы у Земли не было Луны, многое сложилось бы иначе:
- сутки были бы значительно короче;
- смена времен года и климат характеризовались бы нестабильностью;
- происходили бы менее выраженные приливы и отливы;
- появление на планете жизни в ее теперешнем виде было бы под вопросом.
Среднее значение диаметра Луны не слишком большое по космическим меркам число - 3474,1 км. Это приблизительно в два раза меньше, чем расстояние от Москвы до Владивостока.
Тем не менее Луна занимает пятое место по размеру среди естественных спутников планет Солнечной системы:
- Ганимед.
- Титан.
- Каллисто.
- Луна.
А вот уже при сравнении размеров спутников по отношению к их планетам Луне нет равных. Имея диаметр, составляющий четверть земного, она занимает первое место. Кроме того, ее размер больше, чем у Плутона.
Какое расстояние от Земли до Луны
Величина непостоянная. В среднем между центрами планеты и ее естественного спутника 384 400 километров. В этом пространстве поместилось бы еще примерно 30 Земель, а свету для преодоления такого расстояния нужно 1,28 секунды.
Что если бы до ближайшего небесного тела можно было добраться на автомобиле со скоростью 95 км/час? Учитывая, что вся дистанция - это примерно 10 окружностей Земли, на путешествие ушло бы столько же времени, как и на 10 объездов планеты по экватору. То есть чуть меньше шести месяцев. Пока быстрее всего расстояние до Луны преодолела межпланетная станция «Новые горизонты», которая на своем пути к Плутону пересекла орбиту спутника спустя восемь с половиной часов после запуска.
Орбита Луны не идеальный круг , а овал (эллипс), внутри которого находится Земля. В разных точках он расположен ближе или дальше от планеты. Из-за этого, при вращении вокруг общего с Землей центра масс, спутник то приближается, то отдаляется. Так, меньше всего километров разделяет небесные тела, когда ночное светило находится в месте орбиты под названием перигей. В точке, обозначающейся как апогей, спутник наиболее отдален от планеты. Минимальное расстояние - 356 400 км, а максимальное - 406 700 км. Таким образом, дистанция колеблется от 28 до 32 земных диаметров.
Первые близкие к верным оценки расстояния до «соседки» Земли были получены еще во II в. н. э. Птолемеем. В наше время, благодаря современным светоотражающим приборам, установленным на спутнике, расстояние удалось измерить наиболее точно (с погрешностью в несколько см). Для этого на Луну направляют лазерный луч. Потом отмечают, за какой период он вернется к Земле, отразившись. Зная скорость света и время, за которое он достиг датчиков, несложно вычислить расстояние.
Как наглядно оценить размер Луны и ее расстояние до Земли
Земной диаметр примерно в 4 раза больше Лунного , а объем - в 64 раза. Расстояние до ночного светила равно примерно 30 диаметрам планеты. Чтобы наглядно оценить дистанцию от Земли до ее спутника и сравнить их размеры, понадобятся два мяча: баскетбольный и теннисный. Соотношения диаметров:
- Земли (12 742 км) и Луны (3474,1 км) - 3,7: 1 ;
- стандартного баскетбольного мяча (24 см) и теннисного (6,7 см) - 3,6:1.
Значения довольно близкие. Таким образом, если бы Земля была размером с баскетбольный мяч, то ее спутник - с теннисный.
Можно попросить людей представить , что Земля - это баскетбольный мяч, а Луна теннисный, и показать, насколько в таком масштабе спутник удален от планеты. Большинство, скорее всего, предположат расстояние от 30 см до нескольких шагов.
На самом деле, чтобы показать верное расстояние, придется отойти на чуть больше, чем семь метров. Так, между планетой и ее спутником в среднем 384 400 км, а это примерно 30 Земель или соответственно 30 баскетбольных мячей. Умножение диаметра спортивного снаряда на 30 дает результат 7,2 м. Это примерно 9 мужских или 11 женских шагов.
Видимый размер Луны с Земли
360 угловых градусов - вся окружность небесной сферы. При этом ночное светило занимает на ней примерно половину одного градуса (в среднем 31 минуту) - это угловой (видимый) диаметр. Для сравнения: ширина ногтя указательного пальца на расстоянии вытянутой руки - это примерно один градус, то есть две Луны.
По уникальному стечению обстоятельств видимые размеры Солнца и Луны для жителей Земли почти одинаковы. Это возможно из-за того, что диаметр ближайшей звезды в 400 раз превышает диаметр спутника, но и находится дневное светило во столько же раз дальше. Благодаря такому совпадению среди всех планет, вращающихся вокруг Солнца, только на Земле можно наблюдать его полное затмение.
Меняется ли размер Луны
Конечно же, истинный диаметр спутника остается одинаковым, однако видимый размер может меняться. Так, Луна кажется заметно больше во время восхода и заката . Когда ночное светило низко над горизонтом, расстояние до наблюдателя не уменьшается, а, наоборот, немного увеличивается (на радиус Земли). Визуальный эффект, казалось бы, должен быть обратным. Единого ответа, объясняющего причину иллюзии, нет. С уверенностью можно лишь заявить, что это красивое явление своим существованием обязано только особенностям работы человеческого мозга, а не, например, влиянию атмосферы Земли.
Расстояние между Луной и Землей периодически меняется от максимального (в апогее) до минимального (в перигее). Вместе с дистанцией варьируется и видимый диаметр спутника: от 29,43 до 33,5 угловой минуты. Благодаря этому возможны не только полные затмения , но и кольцевые (когда видимый размер Луны в апогее меньше солнечного диска). Примерно раз в 414 дней полнолуние совпадает с прохождением перигея. В это время можно наблюдать максимально большое ночное светило. Явление получило довольно громкое название суперлуние, однако видимый диаметр в этот момент всего лишь на 14% больше обычного. Разница очень незначительная, и простой наблюдатель отличий не заметит.
Благодаря точным измерениям расстояния, ученым удалось обнаружить сравнительно медленное, но постоянное увеличение дистанции между Землей и ее спутником. Скорость, с которой Луна отдаляется, - 3,8 см в год - слишком мала, чтобы можно было заметить существенное уменьшение видимого размера светила. Примерно в таком же темпе растут человеческие ногти. Тем не менее через 600 млн лет Луна настолько отдалится и, соответственно, уменьшится для земных наблюдателей, что полные солнечные затмения останутся в прошлом.
Стоит отметить, что спутник Земли , образовавшийся по современной теории от столкновения планеты с большим объектом 4,5 миллиарда лет назад, изначально находился в 10−20 раз ближе. Однако полюбоваться небом, украшенным светилом в 10−20 раз большего диаметра, чем сейчас, тогда было некому.
