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§第二 度量宇宙的巨尺（第1页）

§第二节度量宇宙的巨尺

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光，跑得极快。

太阳和地球之间的距离是1.5亿公里。

这么遥远的距离，火车要行85年，飞机要飞17年，就是宇宙飞船也要“航行”

几个月呢！

可是，一个光子，离开太阳，仅仅走了8分20秒钟，就来到了地球上！

北京到上海约1500公里，火车要跑上20个小时，可是，光跑这样长的距离，只需要千分之五秒，换句话说，光在1秒钟里可以在北京与上海之间跑100个来回！

由于光跑得如此之快，因此，在长距离测量中，人们就请光这位“长跑健将”

来协助工作。

例如，测定月球和地球之间的距离，就是由光来完成的：让一束激光脉冲射向月球，又从月球反射回来；在地球上接收到这束返回的激光脉冲后，测得了激光脉冲的往返时间，乘以光速，即可得到月球和地球之间的距离。

这就是脉冲激光测距原理。

脉冲激光测距除利用了激光束在空间能量集中、发散角小的特点之外，还利用了“脉冲”

的特点。

顾名思义，正象脉搏一下一下跳动一样，它的光讯号的输出不取连续的形式，而是以一瞬时一瞬时的，即形成为光的“脉冲”

。

激光脉冲持续时间极短，能量在时间上相对集中，因而瞬时功率很大（通常为兆瓦级），因此，脉冲激光测距，在有合作目标的情况下，可以达到极远的测程；在精度要求不高的近距离测量时，不使用合作目标，而只利用被测目标对脉冲激光的漫反射取得反射信号，也可以进行测距。

由于这个缘故，脉冲激光测距还可以用于地形测量、战地测距、导弹运行轨道跟踪和人造卫星运行参数测量等方面的工作。

但是，光的速度非常快，尽管月球距离地球有384，000公里之远，而激光脉冲跑个来回却用不了2.6秒钟，因此在近距离测量情况下，靠光速测量几公里到几十公里，或千公里的距离，光脉冲往返的时间是极短的，要测量如此短的时间，又要保证必要的测时精度，测时系统的时间分辨率应当达到几十毫微秒，甚至几毫微秒级。

同时，为了使计数器在计时过程中得到的脉冲和距离值相对应，还选择了适当的时钟振**频率。

为了能在10微秒的时间间隔内填充的脉冲数与距离数字相对应，我们可以选择时钟振**频率，这样，在10微秒时间间隔内，计数器可以计入脉冲，这就和1500米距离相对应，每个脉冲代表1米。

实际上，兆赫的时钟脉冲，其重复周期为6.67毫微秒，这正是光脉冲在1米距离上往返所需要的时间，因此，以它为时钟脉冲测时后所得到的脉冲数总是同被测距离值直接对应的（以米为单位）。

米作为长度单位，在短距离测距中使用还可以，但如果用来表示相距相当远的两个地点之间的距离，那就显得太麻烦了，例如北京和上海之间的距离为1500000米，就不如用1500公里表示醒目。

而天体之间的距离，用公里来表示，如月球和地球之间的距离为384，000公里，地球和太阳之间的距离为149，730，000公里，这是很麻烦的。

如果用公里来表示更远的星体的距离，那“0”

就会象长蛇一样，无法读写了。

为了简洁地表明天体之间的距离，在天文学上，人们确定了一个比较大的长度单位——天文单位。

一个天文单位是地球和太阳之间的平均距离，约1.5亿公里。

我们知道，太阳系是一个以太阳为首的大家庭，包括有九大行星及它们的卫星，小行星，彗星和尘埃物质等。

如果把离太阳最远的行星冥王星的轨道当作太阳系的边界的话，那其半径约为39.5个天文单位，即约为6，000，000，000公里。

不过，人们已经发现一些轨道比冥王星还远得多的彗星，而如果要是以太阳引力的影响所及作为太阳系边界的话，那就更远了，有230，000个天文单位。

天文单位是个较大的单位，但是，如果用它来度量宇观世界，仍然还是显得太小了。

比如说，比邻星同地球之间的距离为268，333个天文单位，这个数目字还不算太大。

再如天女星同地球之间的距离为217，000，000，000，000个天文单位，这个数字就太长了。

如果度量更远的天体，用天文单位也远远不能满足要求。

为了解决宇观世界的度量问题，最后，天文学家们不得不请光出面，来测定遥远的天体。

光的速度是很大的，1秒钟跑299，792.458公里，1年31，566，925.9747秒，光就能够跑出去9，460，523，659，600公里，即约94，600亿公里。