我國實現重大突破：白天也能測量地一月距離

2025年4月27日，我國上海天文臺的科學家成功實現全球首次白天強光環境下的地月空間激光測距試驗，這標志著我國在深空軌道精密測量領域取得技術新突破。

這是什么意思呢？2024年3月，我國發射了“天都一號”探月衛星，這顆衛星上攜帶有上海天文臺的科學家研制的新一代地月空間激光角錐反射器。該激光角錐反射器如同一面超強反射“鏡面”，能把從地球發過去的激光高效反射回原地，讓科學家在陽光刺眼的大白天，也能精準測出地-月距離！

關鍵詞1：激光測距

從人類開始觀察月亮起，一個問題就縈繞在人們心中：地球和月球的距離有多遠？從古到今，人們想了很多方法測量地-月距離。

方法1：幾何計算

公元前270年，希臘天文學家阿里斯塔克斯利用日食和月食，估算出地球和月球的距離是地球直徑的30倍——約為37萬千米。

方法2：無線電雷達測距

到了1946年，人們開始用無線電雷達測距，用大口徑天線向月球發射無線電波，并接收到來自月球的回波，粗略測得地-月距離約為383000千米。

1946年測地月距離時用于發射無線電波的雷達

方法3：激光測距

人類登月之后，航天員在月球表面放置了反射器。天文學家在地球的某個天文臺上，從地球向月球發射激光，照射到月球表面的反射器上，反射器將激光再反射回地球。天文學家通過測量激光往返地球和月球的時間，乘以光速，計算出地-月距離。

因為計時儀器的進步，人們可以將激光在地月之間往返一次的時間精確到納秒級，納秒指的是 10^-9 秒。例如，某一次測得激光往返的時間是2.567421441秒，又根據光速為299792458米/秒，算出當時的地-月距離是：

2.567÷12447…209792458÷2≈334471379÷280（÷5）

激光測距能精確到厘米級，但也有缺點，只能在晚上進行。因為白天太陽光太強，會淹沒從月球反射回來的激光信號，使得探測器難以識別被反射回來的激光。

但我國科學家發明的這種新技術，既能過濾太陽光干擾，還能把激光信號放大數倍反射回來，使得科學家隨時可以測量地-月距離，不再被時間約束。

關鍵詞2：角錐反射器

“天都一號”探月衛星上用的激光角錐反射器，其形狀近似一個圓柱，但其底部是一個角立方體反射器。它由三面鏡子組成，鏡子之間互相垂直，就像一個紙箱的內角一樣。它的工作原理是，當一束光以任何角度射向角錐反射器時，在其內部，光束將依次經過三個直角面鏡的反射，最后反向射出，射出方向與射入方向相反。

因為只有讓激光沿完全相反的方向反射回源頭，以測量激光一次往返的時間，才能精確計算距離。