Afstandsmåling

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Afstandsmåling , afstandsmåling eller længdemåling forstås som måling af afstanden mellem to punkter i rummet ved direkte eller indirekte sammenligning med en længdeenhed såsom måleren . Optiske afstandsmålere kaldes også telemetre . [1]

Rækkevidden af ​​mulige længder begynder med den såkaldte Planck-længde på omkring 10-35 meter. Dette er den mindste længde, som rummet kan opdeles i. Den fysisk relevante område begynder ved 10 -18 meter, størrelsen af de elementære partikler , og strækker sig til 10 26 meter. Det spænder over 44 decimaler af størrelsesorden - fra atomfysik til biologi og teknologi til de fjerneste galakser . Det betyder, at et meget stort antal forskellige metoder er nødvendige for at måle afstande.

Hvis du kombinerer afstands- og retningsmåling , kan punkternes position bestemmes i et plan eller et rumligt koordinatsystem - se Geometri , opmåling , positionering , navigation og astrometri .

Følgende diagram giver en oversigt over enhedens vedhæftede filer til længde- og afstandsmålinger, indeholder eksempler på størrelsesintervaller og tildeler de respektive måleprincipper.


Virgo-GalaxienhaufenMessier 1Astronomische EinheitMondbahnParsecErdeStadtHausMünzeMikrobeDesoxyribonukleinsäureAtomProtonUniversumMilchstraßeLichtjahrSonneRheinBergMenschHaarZelle (Biologie)MolekülAtomkernQuark (Physik)RadiointerferometrieInterferometrieKonfokaltechnikLaufzeitmessungParallaxeTriangulation (Messtechnik)Rotverschiebung


Måleprincipper

Afstandsmåling i militæret (1903)

Direkte måling

Den mest direkte form for afstandsmåling er den såkaldte direkte måling . Dette betyder den direkte sammenligning af den afstand, der skal bestemmes med en målestok. Denne type måling er kun mulig i et begrænset længdeområde, da sammenligningsskalaer ikke kan produceres i nogen størrelse. De mindste skalaer produceres ved hjælp af litografiske metoder og er kun få mikrometer store. De kan bruges som et normalt målebånd under et mikroskop eller kan aflæses automatisk med optiske enheder (se glasskala ). De længste regler er lavet af fleksibel stålbånd i længder på over 100 meter.

Alle disse standarder reduceres til en normal længde (tidligere den originale måler , i dag definitionen af måleren ved hjælp af lysoverførselstiden). Denne proces er kendt som kalibrering . Definitionen af ​​måleren muliggør en verdensomspændende sammenlignelighed af længdemålinger.

Ud fra et beregningsmæssigt synspunkt skal den direkte afstandsmåling behandles som et skråt snit, der for at konvertere det til et vandret snit kræver måling af dets hældning eller højdevinkel .

Nogle metoder til direkte afstandsmåling er anført og forklaret kort nedenfor.

Interferometri

Sammenhængende bølge interferometri er meget præcis i måling af ændringer i længden. Nøjagtigheden afhænger i det væsentlige af den anvendte bølgelængde. I praksis bruges lys og radiobølger. For at kunne måle afstande med et interferometer anvendes blandt andet faseforskydningsmetoden , interferometri med hvidt lys eller konoskopisk holografi . Interferometri er en direkte måleteknik, da afstanden, der skal bestemmes, sammenlignes med bølgelængden af ​​det anvendte lys. Bølgelængden er knyttet til det internationale enhedssystem .

Konfokal afstandsmåling

Konfokalteknologien bruges i forskellige tekniske versioner til at bestemme meget små afstande mellem nanometer og millimeter. Det er baseret på effekten af ​​dybdeforskel: en konfokal sensor leverer et signal, der er større, jo tættere måleobjektet er på optikens brændplan. Konfokalteknikken er en direkte måling, da den forskyder objektet eller optikken med mållængden og sammenligner skiftet med en referenceskala.

Indirekte måling

I mange tilfælde kan direkte måling ikke bruges. Selv når man bestemmer afstanden mellem to øer fra fastlandet, mislykkes det, fordi de to punkter ikke er tilgængelige på samme tid. Indirekte metoder er mere universelle og normalt mere bekvemme at bruge.

Alle indirekte metoder har det tilfælles, at de ikke måler selve afstanden, men en variabel, der afhænger af den - for eksempel måling af transittiden for et signal eller ekko (laser, radar ), retning af et leje eller lysstyrken på en stjerne . Alle ændringer i afstand måles også indirekte, for eksempel ved hjælp af Doppler -effekten . Indirekte målinger skal kalibreres ved at sammenligne dem med kendte standarder, så de kan sammenlignes med andre målinger.

Hodometri

Målehjul

Hodometri , ofte omtalt som kilometertæller efter engelsk, er en meget enkel og gammel metode til indirekte afstandsmåling, som også i begrænset omfang kan bruges til afstandsmåling. Omdrejningerne af et hjul med en kendt omkreds, der rulles på målesektionen, tælles. Antallet af omdrejninger ganget med omkredsen giver den målte afstand. I hverdagen bruges denne metode for eksempel til kilometertællere i biler eller målehjul ved opmåling.
( Se også: Curvimeter , enhed til måling af buede ruter i kort)

Inertial navigation

Inertial navigation er baseret på, at en bevægelse, der ikke er ensartet, altid er forbundet med en acceleration af det bevægelige objekt. Hvis du integrerer alle de accelerationer, at en genstand har oplevet, afhængigt af retningen over tid, kan du bruge den enkle formel hastighed lig accelerationstider tid og afstand er lig med hastighed gange tid til at beregne den tilbagelagte afstand (to gange numerisk integration). Denne metode bruges i alle slags køretøjer og fly for at muliggøre afstandsmåling, der er uafhængig af miljøet. Målefejlene lægger dog også op over tid, hvorfor positionen med jævne mellemrum skal sammenlignes med oplysninger fra en anden kilde.

Triangulering

Princippet om triangulering

Triangulering blev allerede brugt til landmåling i oldtiden og bruges stadig i dag med undtagelse af tekniske innovationer. Selve måleprocessen anvender direkte eller indirekte vinkelmålinger til målepunktet, hvis længden af ​​målebasen er kendt. Afstanden til basen kan beregnes ud fra den rumlige position i to vinkler.

Med tredobbelt vinkling eller triangulering sigter du efter det ønskede målepunkt fra mindst to forskellige steder med en kendt afstand ved hjælp af en teodolit eller en anden vinkelmåler. Objektpunktet P og de to synspunkter (1 og 2) danner en trekant, hvis grundlængde og dens grundvinkel og ved man. Med dette kan man beregne alle andre størrelser i trekanten. Grundlængden er målingen for trianguleringen. De tre vinkler i trekanten giver metoden navnet 'Triangulation'.

Optiske afstandsmålere, der fungerer i henhold til dette princip, er tilfældighed og rumlige billedafstandsmålere . I modsætning til denne procedure kan slutpunkterne for en yderst præcis referencerute, et såkaldt basestab, også målrettes fra ét punkt. Grundstangen danner således bundlængden af ​​en ensartet trekant.

Optiske måleteknikker såsom frynseprojektion og fotogrammetri , som har åbnet andre anvendelsesområder, er blevet tilføjet.

Afstandssensorer bruger også princippet om triangulering (se lasertriangulering ).

En enkel måde at estimere afstande uden tekniske hjælpemidler på er tommelfingeren . Det forudsætter kun, at du kender målobjektets omtrentlige størrelse.

Trilateration

Trilateration er en procedure, der kan sammenlignes med triangulering, som også bruger tre størrelser af en trekant til at beskrive den, nemlig dens sider. Ud fra dette kan til gengæld alle andre størrelser, der definerer trekanten, beregnes.

Selve måleprocessen anvender direkte eller indirekte (radiotekniske) afstandsmålinger, hvad angår måleteknologi i hvert enkelt tilfælde som transittidsmålinger (entydige) eller yderligere implementeret ved fasesammenligninger (tvetydige). Fra den rumlige position på to punkter kan deres afstand beregnes på grundlag af geometriske forhold i trekanten. Metodens hovedformål er at bestemme målepunktenes rumlige position i forhold til hinanden på grundlag af simple afstandsmålinger hurtigt og med tilstrækkelig nøjagtighed.

For at bestemme placeringen af ​​et ukendt punkt i det tredimensionelle rum kræves fire kendte punkter, tre kendte punkter er tilstrækkelige på en overflade, og to kendte punkter er tilstrækkelige langs en bane . Hvis det er muligt at vælge mellem flere matematisk korrekte løsninger baseret på begrænsninger, kan antallet af nødvendige kendte punkter reduceres med antallet af anvendelige begrænsninger.

Trilateration er grundlaget for afstandsmåling , for eksempel i satellitnavigationssystemer eller i globale navigationssatellitsystemer . I betydningen klassisk geodesi er trilateration ikke en uafhængig målemetode, men det er inden for satellitgeodesi (se også Satellite Laser Ranging og SECOR ).

Kørselstid måling

Princip for transittidsmåling

Transittidsmåling er baseret på det faktum, at elektromagnetiske og akustiske bølger formerer sig med en endelig, kendt hastighed. Hvis du sender et signal til et måleobjekt, hvorfra det reflekteres, og måler den tid, det tager at komme dertil og tilbage, kan du bruge transittiden og formeringshastigheden af signalet, det er bølgeens gruppehastighed, objektafstanden Beregn:

Målingerne påvirkes af miljøet. Hvis et medium trænger ind, reduceres lysets hastighed i forhold til lysets hastighed i et vakuum. Hvis materialegenskaberne er temperaturafhængige eller anisotrope tensorer, forstyrres målinger af transittiden af ​​ændringer i parametrene eller orienteringen. For eksempel er lydhastigheden stærkt afhængig af temperatur, elektromagnetiske bølger afbøjes af elektrisk ledende lag af atmosfæren.

Det er særligt problematisk at bestemme ruten: kun direkte ruter giver den direkte afstand. Alle omveje via sekundære reflektorer fører til længere transittider og dermed forkerte måledata.

Eksempler:

Kromatisk-konfokal afstandsmåling

Kromatisk-konfokal afstandsmåling anvender dispersionen af hvidt, dvs. spektralt bredbånd, lys i et optisk system til at bestemme afstanden mellem måleobjektet og sensoren. De forskellige brændvidder for forskellige spektrale komponenter i sensorlyset på grund af spredningen i fokuslinsen bruges til målingen.

Kapacitiv afstandsmåling

Afstanden mellem to ledende dele kan bestemmes ud fra kapacitansen mellem dem. For at gøre dette skal delene isoleres fra hinanden; For at måle kapacitans er de inkluderet i et elektrisk oscillerende kredsløb eller en ringoscillator , hvis frekvens er følsom over for kapacitansen. De bruges til fokuspositionskontrol på laserskæremaskiner , til positionskontrol i nanopositioneringssystemer og til kraftmåling .

parallaks

Forskellige parallaksmetoder bruges til at bestemme afstande ud over solsystemets skala. Ordet "parallaks" bruges her i betydningen "afstand". Der skelnes mellem følgende:

Trigonometrisk parallaks
Dannelse af parallaks når jorden kredser om solen

Den trigonometriske parallaks er ændringen i synsretningen til et objekt i forhold til himmelens baggrund, som er forårsaget af jordens årlige bevægelse omkring solen. Den trigonometriske parallaks er baseret på triangulering, dens grundlængde er diameteren på jordens bane. Derudover taler man om den daglige parallaks , som er forårsaget af jordens rotation. Jo længere væk objektet er, desto mindre er parallaksen. Afstanden kan beregnes direkte fra den:

hvor her afstanden r i parsec (pc) og parallaksen er angivet i buesekunder .

Den første parallaksmåling af en stjerne blev udført i 1838 af Friedrich Wilhelm Bessel for stjernen 61 Cygni . Han bestemte en værdi på cirka 0,3 buesekunder og dermed en afstand på cirka 3,3 stk. Proxima Centauri , den nærmeste stjerne til Jorden, har en parallaks på 0,762 buesekunder, hvilket er en afstand på omkring 1,31 pc. Normalt kan den trigonometriske parallaks bestemmes op til afstande på ca. 100 stk. Med moderne metoder er der dog allerede målt parallakser på et par milliarsekunder. Mellem 1989 og 1993 målte Hipparcos -satellitten omkring 100.000 stjerner op til en lysstyrke på 9 mag og bestemte deres parallakser. Han opnåede en fejl på kun 0,001 buesekunder. Den hidtil mindste parallaks (2005) kunne bestemmes for pulsar PSR B1508 + 55 med et radioteleskop: den var 0,415 milli -buesekunder (= 0,000415 buesekunder) - det svarer til en afstand på omkring 2.400 pc eller omkring 7.800 lysår . [2]

Spektroskopisk parallaks

Med spektroskopisk eller fotometrisk parallaks er det ikke lysets retning, der undersøges, som det er tilfældet med trigonometrisk parallaks, men kvaliteten. Udover temperaturen på en stjerne afhænger intensiteten af ​​det lys, der kommer til Jorden, naturligvis også af afstanden, hvilket gør det muligt at måle afstanden. Selvfølgelig er lysstyrken på en stjerne, der kan observeres direkte, kun den såkaldte tilsyneladende lysstyrke m . En meget lys stjerne, der er langt væk, og en meget tæt stjerne, der dog kun lyser svagt, kan begge fremstå lige så lyse for en jordisk observatør. Derfor er det nødvendigt at definere den absolutte lysstyrke M : den svarer til den tilsyneladende lysstyrke, som et objekt ville have, hvis det var præcis 10 pc væk fra jorden. Følgende forhold eksisterer mellem tilsyneladende og absolut lysstyrke:

hvor afstanden r skal angives i parsec . Hvis den absolutte lysstyrke for et objekt er kendt, kan afstanden umiddelbart beregnes ud fra den målte tilsyneladende lysstyrke. Den absolutte lysstyrke kan bestemmes ved at sammenligne spektre . Spektret af et objekt med en kendt afstand bruges som en skala - det vil sige, at den spektroskopiske parallaks er direkte baseret på den trigonometriske parallaks.

Dynamisk parallaks

Den dynamiske parallaks bruges til at bestemme afstanden mellem visuelle binære stjerner . For at gøre dette skal stiens hastighed være , som kan bestemmes spektroskopisk, være kendt; fra den tilsyneladende afstand mellem de to stjerner og revolutionens periode af stjernerne omkring deres massecenter kan man nu se afstanden Beregn.

Redshift

Bestemmelsen af ​​afstanden ved hjælp af lysets røde forskydning bruges til meget fjerne objekter som galakser eller kvasarer . Der er ingen alternative målemetoder til rådighed for disse afstande. For rødforskydningen skal kendte spektrale linjer i en galakses spektrum identificeres og deres nøjagtige bølgelængder måles. Afstanden kan bestemmes ved hjælp af Hubble -konstanten beregne med følgende formel:

hvori rødforskydningen og er lysets hastighed i vakuum.

Det skal bemærkes, at værdien af ​​Hubble -konstanten endnu ikke kan bestemmes præcist og tidligere var udsat for stærke udsving. De sidste målinger giver værdier mellem 68 og 74, afhængigt af målemetoden .

Ansøgninger

Passende måleudstyr er påkrævet for hvert afstandsområde. Nedenstående er en oversigt over de forskellige applikationer til afstandsmåling.

Afstandsmåling i hverdagen

International målerprototype , standardstænger lavet af platin-iridium. Disse var længdestandarderne ( originale meter ) indtil 1960. ( NIST )

Den direkte måling er den mest almindelige metode til afstandsmåling i hverdagen. Afstanden, der skal måles, sammenlignes med et multiplum af længdestandarden. Dette gøres normalt ikke med en kopi af den originale måler vist til højre, men med en billig og praktisk folderegel , målebånd eller lineal . Med disse måleenheder kan endnu længere afstande bestemmes ved at fastsætte standarderne flere gange i træk. Dette øger selvfølgelig også målefejlen. Mekaniske præcisionsmåleinstrumenter såsom kalipre eller mikrometerskruer bruges til meget små hverdagslængder på 0,1 millimeter til 200 millimeter. På utilgængelige steder z. B. mellem maskindele kan deformerbare voksstrimler , såkaldte plastigauges også bruges.

Afstand tilbagelagt

Afstandsmåling på tilbagelagte distancer foretages normalt med et kilometertæller , som bestemmer afstanden ved at tælle hjulets omdrejninger. Sådanne kilometertællere er almindelige i motorkøretøjer og cykler . Proceduren indebærer unøjagtigheder på op til et par procent af afstanden (f.eks. Har et slidt bildæk en lidt mindre diameter end et nyt); det er dog tilstrækkeligt til simple beregninger for navigation eller brændstofforbrug. Et såkaldt skovlhjul muliggør mere præcise målinger. For enkle geodetiske målinger praktiseres hodometri med et målehjul . Der er skridttællere til vandrere.

For nylig har GPS -baserede navigationssystemer, der kan måle og registrere afstande, spredt sig i motorkøretøjer, vandrere og cyklister. Specialsystemer kan også måle og registrere højdeprofiler , som kan være interessante for vandrere, cyklister og mountainbikere. Hang svævefly , svævefly piloter og paragliders bruger også sådanne systemer.

Betegnelser på den højre trekant

Jo stejlere den tilbagelagte afstand, desto større er forskellen mellem den faktiske rute og den rute, der er angivet af GPS -systemet (udtrykket pseudodistance bruges til sidstnævnte; et tysk synonym er sandsynligvis endnu ikke blevet fastlagt).

Her er et numerisk eksempel med Pythagoras sætning

Er , og er længderne på siderne af en højre trekant, hvor og katetusens længder og er længden af ​​hypotenusen, altså .

Afstanden b er 4 længdeenheder, afstanden a er 3 LE. Så er c 5 LE lang. Rute c er en stejl passvej. Et navigationssystem hævder, at trafikanten kun har dækket 4 LE: Kortet, han brugte til beregningsformål, er fladt; det vil sige, at den ignorerer de dækkede højdeforskelle og dermed også den resulterende forlængelse af stien (i det numeriske eksempel: 5 LE i stedet for 4 LE).

fotografering

Leica I - 35 mm kamera (1927) med en afstandsmåler indsat i tilbehørsskoen

Ved fotografering er det nødvendigt at justere det anvendte objektiv til den korrekte afstand til motivet. Der er en række tilgange til teknisk implementering af dette problem. Optiske afstandsmålere bruges ofte til at bestemme optagelsesafstanden. Mange er indbygget direkte i søgeren eller afspejles i søgerbilledet.

Flyvninger

Radarsystem

Radarbølger kan måle afstande mellem få centimeter og flere millioner kilometer, hvorfor de ofte bruges i luftfarten. Antennen sender korte impulser med en frekvens på et par gigahertz (10 9 Hertz ) og måler tiden, indtil signalet, der reflekteres fra målet, modtages. Ud over afstanden kan objektets hastighed og retning også måles.

I stedet for radiobølger bruges også forskellige former for optisk afstandsmåling . Flashlamper , lasere og lysdioder bruges. Eksempler er skyhøjdemåling med reflekterede lynsignaler fra en lommelygte, laserpistolen samt LIDAR og lasertriangulering , som også fungerer med en lysemitterende diode, hvis kravene er lave.

Under vand og i jorden

Afstande under vand bestemmes normalt med lydbølger , for eksempel med et ekkolod eller ekkolod . Til seismografiske undersøgelser inde i jorden bruges blandt andet trykluftimpulslydkilder eller eksplosive ladninger, og transittiden til flere mikrofoner bestemmes.

Atomer og elementarpartikler

Atomer og elementarpartikler fylder rummet under et nanometer ( 10–9 meter). Fysikerne bestemmer størrelsen af atomer og elementarpartikler ved hjælp af spredningsforsøg eller sofistikerede instrumenter såsom atomkraftmikroskoper . Hvis der imidlertid er tale om små ændringer i længden, selv med meget store referenceafsnit, kan metoderne for interferometri forfines i samme omfang som blev gjort i GEO600 -eksperimentet, med en unøjagtighed på kun 6 · 10 −19 meter i en referenceafsnit på 600 meter er et af de mest præcise måleinstrumenter i verden.

Mikro og nanometer rækkevidde

Den synlige verden er begrænset af bølgelængden af lys . Ting, der er mindre end omkring halvdelen af ​​lysbølgelængden på omkring 0,5 mikrometer, kan ikke længere observeres direkte. Imidlertid kan direkte målinger stadig udføres meget godt op til denne grænse. Til dette formål bruges målemikroskoper til lodrette målinger eller måling af okularer til laterale målinger samt mikroskopiske skalaer , såkaldte objektmikrometer , som sammenlignes direkte med objektstørrelsen.

Optisk afstandsmåling tilbyder mange forskellige metoder, der er praktiske i området op til en mikrometer og endda langt under. Faseskiftmetoden muliggør afstandsmålinger op til en hundrededel af lysbølgelængden og bruges i interferometre eller interferometre med hvidt lys .

Landmåling

Geodetisk triangulering bruges til afstande på få kilometer, som det skal bestemmes i den nationale undersøgelse . Her bestemmer nøjagtigheden af ​​vinkelmålingen og længden af ​​sammenligningsskalaen den målbare nøjagtighed, der kan opnås. Et trianguleringsnet kan have en relativ nøjagtighed på en milliontedel (0,000 0 001) af den målte længde. En undersøgelse af Tyskland , der er omkring 1000 kilometer lang fra nord til syd, ville derfor have en fejl på omkring en meter. Dog skal der også tages højde for den skalafejl, der indføres ved referenceskalaen.

Triangulatoriske afstandssensorer fungerer efter princippet om lasertriangulering ; hvis kravene er lave, bruges en lysemitterende diode ofte som en strålekilde.

Solsystem

For meget store afstande, der strækker sig ud over jorden, har astronomi udviklet et stort antal målemetoder, hvoraf nogle er skræddersyet til helt specielle anvendelser:

Fjernelse af månen

Laserreflektoren, der var stationeret på månen af ​​Apollo 11 -besætningen (NASA).
Det 2,7 meter lange Harlan J. Smith -teleskop fra McDonald Observatory (USA) bruges til at måle reflektorer, der er stationeret på månen med en laser. (Kredit: McDonald Observatory)

Når det kommer til måling af afstande, har månen en særlig position blandt himmellegemerne i solsystemet.

Den store semiaxis af månens kredsløb med omkring 384.000 km har været kendt siden omkring 1900, omkring 1965 blev værdien korrigeret til 384.400 km - også på grund af mere præcise jordparametre fra satellitgeodesi . [3] I mellemtiden kan langsigtede ændringer i månens kredsløb endda registreres til et par decimeter.

Siden den første månelanding i 1969 har en yderst præcis bestemmelse af afstanden været mulig. Von der Besatzung der Apollo 11 wurde damals eine Anordnung von Retroreflektoren , das sogenannte lunar laser ranging retroreflector array , auf der Mondoberfläche im Mare Tranquillitatis aufgestellt (siehe Bild). Dadurch ist es möglich, die Entfernung des Mondes auf wenige Zentimeter genau zu bestimmen. Dazu wird von der Erdoberfläche ein Laserstrahl ausgesandt (siehe Bild), der genau auf den Reflektor auf der Mondoberfläche gerichtet ist. Durch dessen Struktur wird der Laserstrahl wieder exakt zum Sender zurückgeworfen. Im Normalfall kommen vom ausgesandten Signal nur wenige Photonen , manchmal sogar nur ein einziges, zurück, die detektiert werden können. Aus der Zeit, die zwischen Aussendung und der Rückkehr des reflektierten Signals vergeht, lässt sich dann die Entfernung genau bestimmen. [4]

Neben dem Reflektor der Apollo-11-Mission wurden später noch vier weitere Laserspiegel auf der Mondoberfläche aufgestellt: zwei durch die NASA während der Apollo-14 -Mission (1971 nördlich des Kraters Fra Mauro ) und der Apollo-15 -Mission (1971 östlich an der Hadley-Rille ). Zusätzlich enthielten die beiden sowjetischen Lunochod -Mondfahrzeuge je einen Laser-Reflektor; doch anders als bei Lunochod 2 , das 1973 während der unbemannten Mondmission Luna 21 im Mondkrater Le Monnier stationiert wurde, konnte vom Reflektor von Lunochod 1 im Rahmen der unbemannten Luna-17-Mission nach Abschluss der Aktivitäten 1970/1971 im Mare Imbrium über Jahrzehnte kein Laserecho mehr empfangen werden. Im März 2010 wurden Luna 17 und Lunochod 1 schließlich auf Aufnahmen der Sonde Lunar Reconnaissance Orbiter entdeckt. Dadurch wurde auch eine Berechnung der Parkposition möglich: 38,2473° N; 325,002° E für Luna 17 und 38,32507° N; 324,9949° E für Lunochod 1. [5] Nach der Neuberechnung der Parkposition konnte der Reflektor wieder benutzt werden. [6] [7] Am 22. April 2010 wurden vom Apache-Point-Observatorium erfolgreich Lasermessungen durchgeführt. [8]

Durch die seit mehr als 35 Jahren andauernden Messungen konnte nicht nur die Mondentfernung äußerst exakt bestimmt werden, sondern es wurden auch Erkenntnisse auf vielen anderen Gebieten gewonnen. So konnte z. B. festgestellt werden, dass sich der Mond um etwa 3,8 cm pro Jahr von der Erde entfernt. [9] Grund dafür ist die Gezeitenreibung, die den Drehimpuls der Erde verringert. Durch die genaue Messung des Abstandes konnte auch der numerische Wert der Gravitationskonstanten sehr genau errechnet werden. Seit Beginn der Messungen unterscheiden sich die so bestimmten Werte nur um einen Faktor von 10 −10 . Auch die Gültigkeit der allgemeinen Relativitätstheorie ließ sich durch die exakten Abstandsmessungen bestätigen. 2003 wurde die APOLLO (Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation) gegründet: Mit dem 3,5-Meter-Teleskop der Apache-Point-Sternwarte in New Mexico liegt seit 2006 die Genauigkeit der bisher gesammelten Daten im Millimeterbereich. [10]

Radarmessungen

Für die inneren Planeten Merkur , Venus und Mars sowie die Asteroiden können die Astronomen aktive Laufzeitmessungen verwenden. Dabei greifen sie auf eine verfeinerte Radar -Entfernungsmessung zurück. Bei weiter entfernten Objekten versagt das aber, da die Signallaufzeit zu lange und die reflektierte Energie zu klein wird.

Die Milchstraße

Bei Entfernungen, die über das Sonnensystem hinausreichen, hilft zunächst ein Verfahren, das auch in der Landvermessung gebräuchlich ist: Die Triangulation , die in der Astronomie als Trigonometrische Parallaxe bezeichnet wird. Mit ihr sind Entfernungen bis zu 10 19 Meter bestimmbar. Das genügt, um die Entfernung der benachbarten Regionen der Milchstraße zu vermessen.

Die Galaxien und das Weltall

Für Entfernungen über 1 Zettameter (rund 100.000 Lichtjahre), jenseits der Milchstraße, benutzen die Astronomen die fotometrische Parallaxe . Um diese Verfahren zu kalibrieren, werden sogenannte „ Standardkerzen “ verwendet. Das sind Sterne, die eine bekannte absolute Helligkeit besitzen, aus der sich dann durch Messung der scheinbaren Helligkeit die Entfernung bestimmen lässt. Bekannt ist die absolute Helligkeit beispielsweise bei den Cepheiden , da bei ihnen die so genannte Perioden-Leuchtkraft-Beziehung besteht.

Die Entfernung von Kugelsternhaufen kann mittels ihrer Farbe und Helligkeit und dem Farben-Helligkeits-Diagramm bestimmt werden.

Die Leuchtkraft weit entfernter Galaxien kann über die Tully-Fisher-Beziehung abgeschätzt werden, mit der sich die Leuchtkraft aus der Rotationsgeschwindigkeit ableiten lässt. Weitere Standardkerzen sind Supernovae .

Um schließlich die Ausdehnung des Universums zu vermessen, wird die Rotverschiebung der Galaxien bestimmt. Mit ihr wird ein Bereich bis rund 10 26 Meter erfasst.

Quellen

  1. "Die Instrumente zur mittelbaren oder optischen Streckenmessung heissen Entfernungsmesser oder Distanzmesser oder Telemeter." P. Werkmeister: Topographie: Leitfaden für das topographische Aufnehmen . 1. Auflage. Springer, Berlin 1930, ISBN 978-3-642-47322-7 , S.   11 ( eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
  2. Dave Finley, David Aguilar: Fastest Pulsar Speeding Out of Galaxy, Astronomers Discover , National Radio Astronomy Observatory, 2005 html
  3. Karl Stumpff , H.-H. Vogt: Das Fischer-Lexikon Astronomie . Neubearbeitete 8. Auflage. Fischer Taschenbuch Verlag, Frankfurt/Main 1971.
  4. Webseite des Geodätischen Observatoriums Wettzell beim BKG : Laser Ranging
  5. AM Abdrakhimov, AT Basilevsky: Lunokhod 1: The position of the first soviet rover. Laboratory for comparative planetology, 17. März 2010, abgerufen am 31. März 2010 (englisch).
  6. Decades-Old Soviet Reflector Spotted on the Moon ( Memento vom 29. April 2010 im Internet Archive )
  7. Russischer Oldtimer wird „wiederbelebt“, FAZ .
  8. UCSD Physicists Locate Long Lost Soviet Reflector on Moon , lunarscience.arc.nasa.gov, abgerufen am 29. April 2010.
  9. Measuring the Moon's Distance , LPI Bulletin, No. 72, August, 1994.Online-Dokument .
  10. Homepage des Apache Point Observatory .

Literatur

Weblinks