Кіріспе
Жердің ортасынан Айдың ортасына дейінгі қашықтық – навигациялық бірлік. Жер мен Ай арасындағы қашықтық, немесе Айға дейінгі қашықтық – Жердің ортасынан Айдың ортасына дейінгі қашықтық. Ай қашықтығы (LD немесе ), немесе Жер-Ай аралығы – астрономиядағы өлшем бірлігі. Техникалық тұрғыдан алғанда, бұл геоцентрлік Ай орбитасының үлкен жарты осьі. Ай қашықтығы шамамен , немесе 1,28 жарық секундына тең; бұл шамамен Жер диаметрінің 30 есесіне немесе Жердің шеңберінің 9,5 есесіне жуық. 389 Ай қашықтығы бір астрономиялық бірлікті құрайды (шамамен Жерден Күнге дейінгі қашықтық). Ай қашықтығы Жерге жақын объектілермен кездесулердегі қашықтықты көрсету үшін жиі қолданылады. Айдың үлкен жарты осьі – маңызды астрономиялық мәлімет; қашықтықты өлшеудің миллиметрлік дәлдігі үлкен жарты осьті бірнеше дециметрге дейін анықтайды; бұл жалпы салыстырмалылық теориясы сияқты гравитациялық теорияларды тексеруге, сондай-ақ масса, радиус және Жердің айналуы сияқты басқа астрономиялық шамаларды жетілдіруге мүмкіндік береді. Бұл өлшем Ай радиусын, сондай-ақ Күннің массасын және Күнге дейінгі қашықтықты сипаттау үшін де пайдалы. Ай қашықтығын миллиметрлік дәлдікпен өлшеу Жердегі станциялар мен Айға орналастырылған ретрорефлекторлар арасында лазер сәулесінің өту уақытын өлшеу арқылы жүзеге асырылады. Ай жыл сайын орташа есеппен жылдамдықпен Жерден алыстап бара жатыр, бұл туралы Ай лазерлік қашықтық өлшеу эксперименті (ЛЛР) анықтады.
the navigation unit
The instantaneous Earth–Moon distance, or distance to the Moon, is the distance from the center of Earth to the center of the Moon. Lunar distance (LD or ), or Earth–Moon characteristic distance, is a unit of measure in astronomy. More technically, it is the semi major axis of the geocentric lunar orbit. The lunar distance is on average approximately , or 1.28 light seconds; this is roughly 30 times Earth's diameter or 9.5 times Earth's circumference. Around 389 lunar distances make up an AU astronomical unit (roughly the distance from Earth to the Sun). Lunar distance is commonly used to express the distance to near Earth object encounters. Lunar semi major axis is an important astronomical datum; the few millimeter precision of the range measurements determines semi major axis to a few decimeters; it has implications for testing gravitational theories such as general relativity, and for refining other astronomical values, such as the mass, radius, and rotation of Earth. The measurement is also useful in characterizing the lunar radius, as well as the mass of and distance to the Sun. Millimeter precision measurements of the lunar distance are made by measuring the time taken for laser beam light to travel between stations on Earth and retroreflectors placed on the Moon. The Moon is spiraling away from Earth at an average rate of per year, as detected by the Lunar Laser Ranging experiment.
Түрлілігі
Айдың бір мезгілдегі қашықтығы үнемі өзгеріп отырады. Ай мен Жер арасындағы нақты қашықтық, оның шеңберден тыс орбитасының салдарынан, 6 сағат ішінде 75 км-ге дейін немесе одан да көп өзгеруі мүмкін. Айдың қашықтығына әсер ететін тағы да басқа факторлар бар. Кейбір факторлар:
Шапронт және Тузе формуласы, қашықтықты километрлермен есептегенде, мынадай терминдермен басталады: Күннен келетін сәулелену қысымының әсері Айдың қашықтығына ±3,6 км шамасында өзгеріс енгізеді. Мәнді нақты анықтауда бірнеше миллиметрге дейін қателік болғанымен, айдың өлшенген қашықтығы бір ай ішінде орташа мәннен айтарлықтай өзгере алады. Бұл өзгерістер жақсы зерттелген, сондықтан Айдың қашықтығы мыңдаған жылдар бойына дәл модельделуі мүмкін.
Жауын-шашынның таралуы
Сулы-сулы күштердің әсерінен Жердің айналу моменті Ай орбитасына бірте-бірте ауыстырылуда. Оның нәтижесінде Жердің айналу жылдамдығы біртіндеп төмендеп барады (2,4 бірлігінің қарқынымен), ал Ай орбитасы кеңейе түсуде. Шегіну жылдамдығы – 3,830. Геологиялық мәліметтерге сәйкес, Айдың орташа қашықтығы Прекамбрий дәуірінде шамамен 332 000 км немесе 205 000 мильді құраған. Көп тараған алып соқтығысу гипотезасы бойынша, Ай Жер мен басқа планета арасындағы қатаң соқтығысу салдарынан пайда болған, нәтижесінде сынықтар бастапқы қашықтықта (24 000 км немесе 15 000 миль) қайта жиналған. Бұл теория бастапқы соқтығысу 4,5 миллиард жыл бұрын болғанын болжайды.
Параллакс
Ай қашықтығын анықтаудың ең көне әдісі бірнеше жерден бір уақытта Ай мен таңдалған анықтамалық нүкте арасындағы бұрышты өлшеуді қамтиды. Синхрондауды алдын ала белгіленген уақытта өлшеулер жасау арқылы немесе барлық тараптар көрсе алатын оқиға кезінде үйлестіруге болады. Дәл механикалық хронометрлер болғанға дейін синхрондау оқиғасы көбінесе Ай тұтылуы немесе Айдың меридианды кесіп өту сәті (егер бақылаушылар бірдей бойлықта болса) болатын. Бұл өлшеу техникасы айлық параллакс деп аталады. Дәлдікті жоғарылату үшін өлшенген бұрыш атмосфера арқылы өтетін жарықтың сынуы мен бұрмалануын ескере отырып түзетілуі мүмкін.
Ай тұтылуы
Айға дейінгі қашықтықты өлшеудің алғашқы әрекеттері Ай тұтылуын бақылау, Жер радиусын білу және Күннің Айдан әлдеқайда алыс екенін түсіну арқылы жүзеге асырылды. Ай тұтылуының геометриясын бақылап, тригонометрияны қолдану арқылы Айдың қашықтығын есептеуге болады. Бұл техниканы қолданып, Ай қашықтығын өлшеуге жасалған алғашқы тырастарды грек астрономы және математигі Самос Аристорхы б.з.д. IV ғасырда, ал кейіннен Гиппарх жасады, олардың есептеулері (376 000 немесе 233 000) нәтижесін берді. Бұл әдіс кейін Птолемейдің еңбектеріне енді, ол Айдың ең алыс нүктесінде (409 000 немесе 253 000) шамасында екенін анықтады.
Мердідіанды кесіп өту
Француз астрономы А. К. Д. Кроммелиннің экспедициясы бір түні екі әртүрлі орналасқан жерден Айдың меридиандық өтуін байқады. 1905 жылдан 1910 жылға дейінгі сақтықпен жасалған өлшемдер Гринвич және Жақсы Үміт мүйісіндегі станциялардан белгілі бір Ай кратерінің (Mösting A) жергілікті меридианды кесіп өтетін сәттегі көтерілу бұрышын анықтады. Қашықтық 30 қателікпен есептелді және бұл келесі жарты ғасыр бойы Ай қашықтығының анықталған мәні болып сақталды.
Жасырулар
Айдың фондық жұлдызды жасырып тұрған сәтін тіркеу арқылы (немесе осыған ұқсас, белгілі бір уақытта Ай мен фондық жұлдыз арасындағы бұрышты өлшеу) Ай қашықтығын анықтауға болады, егер өлшемдер белгілі арақашықтықтағы бірнеше нүктеден алынса. 1952 жылы астрономдар О’Киф және Андерсон тоғыз орналасқан жерден төрт жасыруды бақылап, Ай қашықтығын есептеді. Олар 384 407,6 (±) жартылай бас осьті есептеп шығарды. Бұл мәнді 1962 жылы Ирен Фишер жаңартылған геодезиялық деректерді пайдаланып нақтылады, нәтижесінде 384 403,7 (±) мәні алынды.
Радар
Айға дейінгі қашықтық алғаш рет 1946 жылы "Диана" жобасы аясында радар көмегімен өлшенді. Кейіннен, 1957 жылы АҚШ Әскери-теңіз зерттеу зертханасында Жер мен Ай аралығын анықтау үшін радар сигналдарының қайшысын пайдаланатын тәжірибе жүргізілді. 15 метр диаметрлі радио тарелкадан 2 секундтық радар импульстары таратылды. Радио толқындары Ай бетінен кері шағылысқаннан кейін, кері сигнал анықталып, уақыт кешігуі өлшенді. Осы өлшемдерден қашықтықты есептеуге болады. Бірақ тәжірибеде сигнал мен шу арақатынасы соншалықты төмен болды ki, дәл өлшеуді сенімді түрде алу мүмкін болмады. 1958 жылы тәжірибе Англиядағы Корольдік радар орталығында қайталанды. 2 мегаватт шың қуатымен және секундына 260 импульс қайталану жиілігімен 5 секундтық радар импульстары жіберілді. Радио толқындары Ай бетінен кері шағылысқаннан кейін, кері сигнал анықталып, уақыт кешігуі өлшенді. Сенімді сигнал алу үшін бірнеше сигналдар қосылып, осциллографтың іздері фотопленкаға түсірілді. Өлшемдер нәтижесінде қашықтық белгілі бір дәлдікпен есептелді. Бұл алғашқы тәжірибелер концепцияны дәлелдеу мақсатында жасалды және бір күнге созылды. Бір айға созылған келесі тәжірибелер 384 402 (±) жартылай үлкен осін көрсетті, бұл сол кездегі Айға дейінгі қашықтықтың ең дәл өлшемі болды.
These initial experiments were intended to be proof of concept experiments and only lasted one day. Follow on experiments lasting one month produced a semi major axis of 384,402 ( ± ), which was the most precise measurement of the lunar distance at the time.
Лазерлік қашықтық
1962 жылы Массачусетс технология институтының тобы және Қырым астрофизикалық обсерваториясының советтік тобы Айдың бетінен тікелей шағылысқан лазерлік импульстердің қашықтыққа жұмыр сапар уақытын өлшеу бойынша эксперимент жүргізді. 1969 жылы "Аполлон" миссиясы барысында ғарышкерлер осы техниканың дәлдігі мен нақтылығын арттыру мақсатында Айдың бетіне ретрорефлекторларды орналастырды. Қазіргі таңда өлшемдер жалғасуда және бірнеше лазерлік жабдықтар қолданылуда. Айлық лазерлік қашықтықты өлшеу эксперименттерінің дереу нақтылығы миллиметрлік шешілімге жетеді және бұл Айдың қашықтығын анықтаудың ең сенімді әдісі болып табылады. Үлкен жартылай ось 384 399,0 км деп анықталды.