我們離月亮到底有多遠

ｓｋｙ

仲夏

夜涼如水

舉頭

瑤臺鏡高懸

好吧，其實我們說的就是月球，又叫太陰，俗稱月亮。它是地球的唯一天然衛星，也是離我們最近的一個天體。小時候，我們一定都聽過嫦娥奔月的故事，也都想過月亮到底離我們有多遠吧!上世紀六十年代，一個叫Murphy的外國有志青年也想知道這個答案，他是否聽過嫦娥奔月的故事已不可考，但是從他想知道每天的每分每秒地球與月亮的距離是多少(事實上月球是在一個周期為28天的橢圓形軌道上運行，與地球的距離每分鐘都在變)這點來看，答案是顯而易見的。這位來自華盛頓大學的物理與天文學博士后高材生，將利用當時最新的激光技術、一個設在新墨西哥州的大型望遠鏡、一隊專家、一筆來自NASA的微薄資金和還有他全部的運氣來實現這個目標。Murphy采用的基本方法是“激光測距”。這個方法的原理很簡單：從地球上發出的一束高能激光，射到設在月球表面的反射器上，然后被反射回地球。通過激光從地球到達反射器后再反射回來所用的時間，就可以算出月球與地球的實際距離，甚至可以將誤差降到幾英寸以內。這個應該是目前最精確的測月地距離實驗之一，有興趣的Geek可以到www.physics.ucsd.edu／～tmurphy／apollo／apollo.html去看看。

作為一個小老百姓，我們沒有大功率激光發生器，也沒有高靈敏的光子接收器，但是坐在家中也想幫嫦娥姐姐量量她回家的路，那該怎么辦呢?嘿嘿，咱可號稱Geek，若連這事都搞不定還能出來混嗎?既然我們不能直接測量這個距離，那我們可以換個思路。別忘了，有個東西的傳播速度跟激光是一樣的，并且它在《Geek》露臉的次數也不少。你想起來了嗎?沒錯，就是無線電波!今天我們就以無線電波為尺子，來測量我們自己的Geek版地月距離吧!

阿姆斯特朗當年在阿波羅登月計劃時對全世界說的那句著名的“個人的一小步，人類的一大步”，大家一定都耳熟能詳了吧!是的，我們今天測量工作的“主料”就是這段長達56分鐘的對話(可以在NASA的官網上下載到這段對話的MD3文件)。它記錄的是阿姆斯特朗與休斯頓地面控制中心的對話，他從頭盔揚聲器經麥克風傳送到地球再返回的聲音。在這段聲音中存在著回音。咱Geek版的地月距測量原理很簡單，就是通過測量該回聲的延遲時間，然后乘以無線電波的傳播速度再除以2，就能得到該通話時間時地球和月球的距離了。

很明顯，我們的測量工作的重點就在于回聲延遲時間的測定。這個時間測量得越精確，最后得到的地月距離也就越準確。工欲善其事，必先利其器。在此，我們隆重推出今天測量工作的主角——Audacity!它是一款免費的開源音頻編輯軟件(很符合咱Geek精神!)，可以在Mac OS X、Microsoft Windows、GNU／Linux和其他操作系統上運行(下載地址http：／／audacitysourceforge.net／)。Audacify的強悍之處在于它能將音頻用波形的方式顯示出來，并可輸出成一個相應的時間函數，在函數中，我們可以輕易地將每一個單音節和它們的回音識別并區分出來。這樣可以大大提高我們的測量精度。

好了，肉在砧板刀在手，開工了!今天，我們挑選的是對話錄音中的“Columbia，Columbia，this is Houston，AOS，over”這一句話里的“over”作為研究對象。因為在這個位于點火后110：07：58的“over”，我們能聽見明顯的回音。打開Audacity，導人下載好的對話錄音文件，聽到那句“over”，如圖所示。這段對話出現在整個MP3中的52：10處，注意，圖中52：14時的微弱函數峰只是錄音中通訊的嗶嗶聲。

如何來確定這個回聲的延遲呢?關鍵在于對音節的標記。在Audacity里，每個單音節都對應著一個函數峰，要么以函數峰的開頭為準進行標記，要么以函數峰的結尾為準進行標記，或者選用函數峰的頂峰值進行標記。記住，標記的標準要前后統一哦!在這里，我們本著實事求是的科學態度，建議大家用這三種方法都試試，分別進行測量，然后取其平均值，這樣的話，就可以最大限度地減小實驗誤差了，這也是Geek應有的精神!

我們知道光速c=299792458m／s，所以我們可以算出阿姆斯特朗與休斯頓地面控制中心進行這段通話時的地月距=cX△f／2=392428327m。當然，還不能高興得太早，得驗證下這個數據。前面我們已經說過了，由于軌道的問題，地月距離根據目前的測量，范圍大概是在3.63～4.05×10⁸m。咱測出來的數據在這個范圍之內，還不賴哦。不過由于地球大氣的存在，空氣中的微粒會對無線電波信號有很微弱的干擾，可能會對最終的測量值有所影響。但至少現在咱們這個思路是正確的。

或許有人對這個方法嗤之以鼻，但是《Geek》要說的是，現實生活中很多事情我們并不能完全掌握，利用手中現有資源做出別人所不敢做、不敢想的事，正是Geek所追求的。