简谈地日距离的测量方法及我的思考.DOC

简谈地日距离测量的一种新方法 海中高一（4）班 指导老师：宋文军 组长：梁亚中 组员：莫甫笙 李振华 黄宏斌 王立卫 陈元清 二OO五年三月二十三日 简谈地日距离测量的一种新方法 写在前面：在物理第二模块第五章“万有引力与航天”中提到的怎样测量太阳的质量，即利用万有引力公式与圆周运动公式导出： 4π2r3 M= GT2 其中，T为地球绕太阳公转的周期，G为万有引力常数，可以通过卡文迪许扭称实验测得，r为地球到太阳的距离，课文中给出了Rr 数值；即一个天文单位：1.49×108km，但是课文中并未说明r是怎样测量出来的，那么就让我们带上这个疑问去寻找一把“量天尺”来测出地日间的距离吧！ 对于渺小的人类来说，太阳是神圣而遥不可及的，然而古往今来，无数的天文学家却以无比的智慧与毅力，去探求着测量地日距离的方法。 历史的回顾： 三角视差法 从理论上来讲，我们知道了地球的半径之后，如果再知道太阳的视差，我们就能计算出地球到太阳的距离，太阳的视差是一个角度：地球半径对于太阳中心的张角，视差法是一种比较容易理解的距离测量技术，你可以自己体验一下，举起你的一个手指放在鼻子前几厘米处，睁着左眼闭着右眼观察手指在背景中的位置；然后闭上左眼睁开右眼，你会发现手指在你面前移动了一段距离，实际上并不是手指移动了，而是因为观察角度改变了的缘故，这种视运动就是视差引起的，那么这同测量日地距离有何关系呢？不要急，现在把你的同一个手指放远一些，重复刚才的实验，你会发现手指的位称大大减少了，也就是说，当被观测的物体（手指）与观测者的距离增加时，由于视差产生的位移也成比例地减少，当我们要测量太阳到地球的距离时，首先要计算出一条基线长度（在上面的实验，你的两眼的距离就是作为基线的），这条基线必须足够长，因为太阳离我们太远了，在地球上2个经度相同，而纬度相差很大的地方（至少相距两、三千米）同时观测太阳，从理论上说，就可以得出太阳的视差，求出地日距离。 金星凌日法 金星凌日法是人类找到的第一种能准确测星地日距离的方法，那么，什么是金星凌日呢？任何行星凌日的发生都是简单的几何问题：该行星必须从观察者和太阳之间通过。 1667年，21岁的英国天文学家哈雷（最为人知的是以他的名字命名的慧星）在观测水星凌日时终于意识到可以通过观测金星凌日来测量地日距离，并对1761年的金星凌日做出准确的预报，还设计出了一套详细的方法，利用金星凌日来计算地日距离：在地球表面两个以上，纬度差距甚远的地点同时观察金星凌日过程，每个观察者都会看到金星以稍微不同的路径横过太阳，每一条路径都是一条弦（连接太阳盘面边缘两点的直线），又因为金星运行的角度是一定的，凌日的路径和长度不同必会造成凌日时间的不同，我们通过比较不同地点观测到的凌日时间长短的不同，就能计算出不同路径的角差，通过这个角差，我们就能计算出金星的视差，它可以作为地球到金星距离的指标，接着，再利用开普勒第三定律求出地日距离。 金星凌日法的缺陷，从理论上说，通过观测金星凌日就能准确地计算地日距离，但糟糕的是，天文学家们在观测金星凌日时遇到了一种被称为“黑滴效应”的现象，它使确定日面内切的时刻变成一件困难的事情，而根据哈雷的方案，计量的精度会直接影响观测结果。 现代的方法 在进入20世纪之后，随着工业革命的进行和各种尖端科技的发展，测量地日距离变得容易多了，科学家们可以采用雷达测距的方法：用雷达，在金星下合时，测量地球与金星的距离，再在金星上合时测量地球与金星的距离，然后将两次的距离相加除以2，就能得到准确的地日距离了，科学家们也可以发射太空飞船，在宇宙空间中直接测量地日距离。 我的方法 如图，图中大圆为地球，O为圆心，小圆为月球，L1、L2为太阳边缘射来的光线，与OO相切于D、E二点弧AB为月球运行的轨道，∠L3OL4为太阳的视直径。 当月球在AB间运行时发生了月全食，太阳光被地球遮挡无法照射到月球，设月球绕地球公转周期为T，月球经过AB的时间为t，所以有： ∠AOB= ，将太阳视直径的角平分线反向延长，交AB于C，且OC⊥AB，∠COB=1/2∠AOB= ，OB为地月距离r地月，OE为地球半径r地，∴∠BOE=arc cos ∴∠L3OE=180°－∠BOE－∠COB－1/2∠L3OL4 =180°－arc cos － －1/2∠L3OL4 设L1与 L3交Q1，L2与 L4交Q2，Q1Q2即为太阳直径，且L地日⊥Q1Q2 r地 ∴∠L3= cos (180°―a