Thực đơn
Khoảng cách Mặt Trăng (thiên văn học)
Cho đến cuối những năm 1950, tất cả các phép đo khoảng cách Mặt Trăng đều dựa trên phép đo góc quang học: phép đo chính xác sớm nhất là của Hipparchus vào thế kỷ thứ 2 trước Công Nguyên. Thời đại Không gian đánh dấu một bước ngoặt khi độ chính xác của giá trị này đã được cải thiện nhiều. Trong những thập niên 1950 và 1960, đã có các thí nghiệm sử dụng radar, laser và tàu vũ trụ, được tiến hành với ứng dụng của quá trình xử lý và mô hình hóa máy tính.[32]
Phần này nhằm minh họa một số phương pháp xác định khoảng cách Mặt Trăng có ý nghĩa lịch sử hoặc thú vị, và không nhằm mục đích trở thành một danh sách đầy đủ hay triệt để.
Phương pháp cổ nhất để xác định khoảng cách Mặt Trăng liên quan đến việc đo góc giữa Mặt Trăng và một điểm tham chiếu đã chọn đồng thời từ nhiều địa điểm khác nhau, rồi dùng tính toán hình học để tìm ra khoảng cách. Sự đồng bộ hóa có thể được phối hợp bằng cách thực hiện phép đo vào một thời điểm đã thống nhất trước, hoặc trong khi diễn ra một sự kiện mà tất cả các bên đều quan sát được. Trước khi có các thời kế cơ học chính xác, sự kiện đồng bộ được sử dụng thường là một nguyệt thực, hoặc thời điểm Mặt Trăng đi qua đường kinh tuyến (nếu những người quan sát đều có chung kinh độ). Kỹ thuật đo đạc này được gọi là thị sai Mặt Trăng.
Để tăng độ chính xác, một vài sự hiệu chỉnh phải được thực hiện, ví dụ như điều chỉnh góc đo được để tính đến sự khúc xạ và sai lệch của ánh sáng khi truyền qua khí quyển.
Những nỗ lực ban đầu để đo khoảng cách tới Mặt Trăng lợi dụng các quan sát về nguyệt thực, kết hợp với hiểu biết về bán kính Trái Đất, và hiểu biết rằng Mặt Trời ở xa hơn nhiều so với Mặt Trăng. Bằng cách quan sát vị trí hình học của một nguyệt thực, khoảng cách Mặt Trăng có thể tính được nhờ sử dụng lượng giác.
Các ghi chép sớm nhất về nỗ lực đo khoảng cách Mặt Trăng sử dụng kỹ thuật này là do nhà thiên văn và toán học Hy Lạp Aristarchus xứ Samos ở thế kỷ thứ 4 TCN[33] và sau đó là Hipparchus, với các tính toán cho kết quả 59–67 R⊕ (376,000–427,000 km hay 233,000–265,000 mi).[34] Phương pháp này sau đó được tìm thấy trong công trình của Ptolemy,[35] ông đã tính ra kết quả là 64 1⁄6 R⊕ (409,000 km hay 253,000 mi) ở điểm xa nhất.[36]
Một cuộc viễn chinh của nhà thiên văn người Pháp A.C.D. Crommelin đã quan sát được sự quá cảnh kinh tuyến của Mặt Trăng trong cùng một đêm từ hai địa điểm khác nhau. Các phép đo chi tiết từ năm 1905 tới 1910 đã đo được góc cao vào thời điểm một hố trên Mặt Trăng cụ thể (Mösting A) cắt qua đường kinh tuyến trời địa phương, từ các trạm thiên văn tại Greenwich và tại Mũi Hảo Vọng.[37] Khoảng cách được tính có độ bất định 30 km, và đây là giá trị chính xác nhất có thể trong nửa thế kỷ tiếp theo.
Bằng cách ghi lại thời điểm khi Mặt Trăng che lấp một ngôi sao phía sau, (hay bằng cách tương tự, đo góc giữa Mặt Trăng và một ngôi sao nền vào một thời điểm đã định trước) khoảng cách Mặt Trăng có thể được xác định, miễn là các đo đạc được thực hiện ở nhiều địa điểm khác nhau với khoảng cách đã biết.
Các nhà thiên văn O'Keefe và Anderson đã tính được khoảng cách Mặt Trăng băgf cách quan sát bốn sự che khuất tại chín địa điểm vào năm 1952.[38] Họ đã tính được độ dài bán trục lớn là 384,4076±47 km (238.859,8 ± 2,9 mi). Giá trị này đã được tinh chỉnh vào năm 1962 bởi Irene Fischer, người đã kết hợp và cập nhật dữ liệu trắc địa để tính ra giá trị 384,4037±2 km (238.857,4 ± 1 mi).[7]
Một thực nghiệm đã được tiến hành năm 1957 tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ sử dụng tín hiệu vọng từ sóng radar để xác định khoảng cách Trái Đất-Mặt Trăng. Các xung radar kéo dài 2 μs đã được phát đi từ một đĩa radio đường kính 50 foot (15 m). Sau khi sóng radio vọng từ bề mặt của Mặt Trăng, tín hiệu trở về được phát hiện và thời gian trễ được đo. Tuy nhiên, trên thực tế, tỉ số tín hiệu so với nhiễu là quá thấp tới mức không thể đưa ra một phép đo chính xác một cách đáng tin cậy.[39]
Thực nghiệm đã được tiến hành một lần nữa vào năm 1958 tại Cơ sở Radar Hoàng gia, ở Anh. Các xung radar kéo dài 5 μs đã được phát với công suất cực đại 2 megawatt, với tốc độ lặp 260 xung mỗi giây. Thời gian trễ của tín hiệu vọng đã được đo. Nhiều tín hiệu được tổng hợp để thu được tín hiệu đáng tin cậy bằng cách chồng chập các đường của máy ghi dao động trên tấm phim ảnh. Từ các phép đo này, khoảng cách được tính ra với độ bất định 1,25 km (0,777 mi).[40]
Những thực nghiệm ban đầu được dự định chỉ là chứng minh khái niệm và chỉ kéo dài trong một ngày. Các thực nghiệm tiếp theo trong một tháng đã tính ra độ dài bán trục lớn 384,402±12 km (238,856 ± 0,75 mi),[41] con số đo khoảng cách Mặt Trăng chính xác nhất thời bấy giờ.
Một thí nghiệm đo thời gian truyền khứ hồi của các xung laser được phát từ Trái Đất và phản xạ trở về từ bề mặt Mặt Trăng đã được tiến hành năm 1962, bởi một nhóm nghiên cứu từ Viện Công nghệ Massachusetts, và một nhóm nghiên cứu Liên Xô tại Trạm quan trắc Vật lý thiên văn Crimea.[42]
Trong các nhiệm vụ Apollo năm 1969, các phi hành gia đã đặt các bộ phản xạ ngược trên bề mặt của Mặt Trăng nhằm mục đích tinh chỉnh độ chính xác và độ tập trung phép đo của kỹ thuật này. Các phép đo vẫn đang được tiến hành và liên quan đến nhiều trạm laser. Độ tập trung phép đo tức thời của các thí nghiệm đo khoảng cách Mặt Trăng bằng tia laser có thể đạt tới độ phân giải cỡ vài millimet, và là phương pháp xác định khoảng cách Mặt Trăng đáng tin cậy nhất tới bây giờ. Giá trị bán trục lớn đã được xác định bằng 384,399.0 km.[2]
Thời hiện đại, với khả năng tiếp cận tới các thiết bị đo thời gian chính xác, camera kỹ thuật số với độ phân giải cao, bộ thu GPS, máy tính mạnh mẽ và phương tiện truyền thông gần như tức thời, các nhà thiên văn nghiệp dư ngày nay có thể thực hiện các phép đo khoảng cách Mặt Trăng với độ chính xác cao.
Ngày 23 tháng 10 năm 2007, các bức ảnh về Mặt Trăng trong khi gần che khuất sao Regulus đã được chụp từ hai địa điểm, ở Hy Lạp và Anh. Bằng cách đo góc thị sai giữa Mặt Trăng và ngôi sao nền đã chọn này, khoảng cách Mặt Trăng đã được tính.[43]
Một dự án đầy tham vọng hơn với tên gọi "Chiến dịch Aristarchus" đã được tiến hành vào lúc nguyệt thực ngày 15 tháng 4 năm 2014.[17] Trong sự kiện này, những người tham gia được mời đến để chụp lại một chuỗi năm bức ảnh kỹ thuật số từ khi trăng mới mọc tới lúc đỉnh điểm (thời điểm với cao độ lớn nhất).
Phương pháp này tận dụng thực tế là Mặt Trăng là gần nhất với một người quan sát khi nó ở vị trí cao nhất trên bầu trời, so với khi nó đang ở trên đường chân trời. Mặc dù trông có vẻ như Mặt Trăng là to nhất khi nó gần đường chân trời, điều ngược lại mới đúng. Hiện tượng này được biết với tên gọi ảo giác Mặt Trăng. Lý do của sự khác biệt về khoảng cách là do khoảng cách giữa tâm của Mặt Trăng và tâm của Trái Đất là gần như không đổi trong suốt ban đêm, nhưng một người quan sát đứng trên bề mặt Trái Đất thực ra đang cách tâm Trái Đất một khoảng 1 bán kính Trái Đất. Do sự chênh lệch này, người quan sát là gần nhất với Mặt Trăng khi nó ở trên đỉnh đầu.
Các camera hiện đại bây giờ đã đạt đến mức độ phân giải có khả năng chụp ảnh Mặt Trăng với độ chuẩn xác đủ để nhận biết và quan trọng hơn là đo được sự thay đổi nhỏ này trong kích cỡ. Kết quả của thí nghiệm này được tính ra bằng LD = 6051+391
−419 R⊕. Giá trị được chấp nhận trong đêm đó là 60.61 R⊕, dẫn đến độ chính xác 3%. Phương pháp này có lợi thế là dụng cụ đo cần thiết duy nhất là một máy ảnh kỹ thuật số hiện đại (được trang bị thêm một đồng hồ chính xác, và một bộ thu GPS).
Một số phương pháp thực nghiệm khác để đo khoảng cách Mặt Trăng có thể thực hiện bởi các nhà thiên văn nghiệp dư liên quan tới:
Thực đơn
Khoảng cách Mặt Trăng (thiên văn học)Liên quan
Tài liệu tham khảo
WikiPedia: Khoảng cách Mặt Trăng (thiên văn học)