Лазерная указка до луны

Лазерная указка

Если каждый человек на Земле наведёт лазерную указку на Луну в одно и то же время, изменит ли она цвет?

Только если мы не будем использовать обычные лазерные указки.

Первая вещь, которую мы должны осознать, что все одновременно не могут увидеть Луну. Мы можем собрать всех в одной точке, но мы это уже проходили пару недель назад. Вместо этого давайте возьмём время, когда Луна видна наибольшему числу людей. И, поскольку 75% людей живут между 0° в. д. и 120° в. д., мы должны сделать это где-то в районе Аравийского моря.

Мы можем светить как в новолуние, так и в полнолуние. В новолуние Луна темнее, что позволит намного легче увидеть наши лазеры. Но в это время Луна — более сложная мишень, потому что её видно главным образом в течение дня, это снижает эффект.

Давайте лучше возьмём Луну в первой четверти, чтобы мы смогли увидеть эффект на тёмной стороне. Мы пропустим Луну в этой фазе 21 декабря, чтобы не поощрять Майянскую чушь, и возьмём 4 января 2013 года, полпервого ночи (GMT ). Как раз в это время в Восточной Азии будет день, но в Африке и Европе — ночь.

В типичных лазерных указках используется красный лазер, чаще мощностью 5 милливатт, наиболее качественные их образцы имеют достаточно мощный луч, чтобы добить до Луны. Атмосфера немного рассеет луч и поглотит часть излучения, но большая часть света успешно дойдёт.

Давайте представим, что каждый достаточно точно попадёт в Луну, и, более того, свет распространится только на её поверхность.

И вот что произойдёт:

Тем не менее это имеет смысл. Солнечный свет сообщает Луне около киловатта энергии на квадратный метр. Общая площадь Луны примерно $10^\text<13>$ квадратных метров, и она купается в $10^\text<16>$ ватт солнечной энергии — это 10 петаватт или два мегаватта на человека — намного больше, чем выдают 5 милливаттные лазерные указки. Есть много факторов, влияющих на эффективность каждой части системы, но радикально ничего не изменится.

5 милливатт для слабаков. Мы можем и лучше.

Лазер мощностью 1 ватт — чрезвычайно опасная штука. Он по-прежнему недостаточно мощный, чтобы ослепить, но его достаточно, чтобы обжечь кожу или поджечь что-то. Очевидно, что такой лазер нельзя легально заказать в США.

Ничего подобного! Вы можете купить его за $300.

Так что мы потратим 2 триллиона долларов, чтобы купить каждому по одноваттному зелёному лазеру. (Памятка кандидату в президенты: это обещание получит мой голос.) Вдобавок к повышенной мощности, зелёный лазер намного ближе к центру видимого спектра, так что глаз более чувствителен к нему, и поэтому свет кажется более ярким.

Лазерные указки выдают около 150 люмен света (больше, чем большинство фонарей) с коэффициентом расходимости 5 угловых минут. Указка освещает Луну примерно на пол-люкса. Сравните это с 130 000 люкс от Солнца. (Даже если мы идеально наведём все указки, они будут выдавать только полдюжины люксов на 10% поверхности Луны.)

Для сравнения: свет от Луны освещает земную поверхность примерно на один люкс. Это означает не только то, что излучение лазеров настолько слабое, что увидеть его с Земли невозможно, но и что если вы будете на Луне, лазерный луч всё равно будет намного слабее, чем лунный свет у нас на Земле.

За последние десять лет в производстве литиевых батарей и светодиодов достигнут значительный прогресс, рынок энергоэффективного освещения буквально взорвался. Но ясно, что это освещение не скоро заменит обычное. Так что давайте не будем на нём останавливаться, а возьмём продукцию компании Nightsun.

Вы можете не знать это название, но, скорее всего, вы видели его в действии: прожекторы на полицейских машинах, вертолётах береговой охраны. Они выдают больше 50 000 люмен и могут превратить ночь в день на небольшом участке земли.

Угол расхождения луча составляет несколько градусов, и нам нужно поставить фокусирующие линзы, чтобы уменьшить его до половины градуса. Этого достаточно, чтобы добить до Луны.

И вот что вышло:

Это сложно заметить, но у нас есть прогресс! Луч выдаёт около 20 люкс освещённости, что сильнее освещения на ночной половине Луны почти в два раза! Тем не менее это сложно разглядеть, и это никак не влияет на светлую половину.

Давайте заменим Nightsun на массив IMAX-проекторов — пара 30 киловаттных, охлаждаемых водой, ламп с суммарным выходом более миллиона люменов.

По-прежнему плохо видно.

На верхушке отеля Люксор в Лас-Вегасе расположен самый мощный источник освещения на Земле. Давайте дадим такой же всем.

Ого! Давайте добавим линз, чтобы сфокусировать световой поток на Луне:

Наш свет определённо виден, так что мы достигли своей цели. Отличная работа, команда!

Министерство обороны разработало мегаваттные лазеры, спроектированные для уничтожения ракет на маршевой траектории [ 1 ] . ↲ Маршевая траектория — участок 5–6.

Боинг YAL-1 несёт химический кислородно-йодный лазер [ 2 ] ↲ Химические лазеры — очень мощная штука. Мощнее них только лазеры с ядерной накачкой. Вот тут про описанный лазер можно почитать. ↳ мощностью в мегаватт, смонтированный на основе Боинг 747. Это инфракрасный лазер, так что его луч невидим, но мы можем представить лазер, работающий в диапазоне видимого света с аналогичной мощностью. Давайте дадим такой каждому.

Читайте также: Мы ритмы луны которые

Наконец-то мы достигли яркости солнечного света!

Мы также потребляем 5 петаватт энергии, что вдвое больше среднего мирового потребления электрической энергии.

Ну ладно, давайте поставим мегаваттный лазер на каждом квадратном метре поверхности Азии. Включение массива 50 триллионов лазеров израсходует все резервы нефти примерно за две минуты, но в течение этих двух минут Луна будет выглядеть вот так:

Луна светится настолько же ярко, как утреннее солнце, но по истечении двух минут лунный реголит нагреется настолько, что начнёт светиться сам.

Хорошо, но это будет за гранью правдоподобности.

Самый мощный лазер на Земле — сфокусированный лазер в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций, лаборатории по исследованию термоядерных реакций. Это ультрафиолетовый лазер с мощностью в 500 тераватт. Однако он испускает единичные импульсы, длящиеся несколько наносекунд, так что общая энергия, которую он выдаёт, эквивалентна энергии четверти чашки бензина.

Давайте представим, что мы нашли способ обеспечить его энергией и бить из него постоянно, дать его каждому и нацелить их все на Луну. К несчастью, поток энергии лазера превратит атмосферу в плазму, мгновенно поджигающую земную поверхность и убивающую всех нас.

Но давайте предположим, что лазеры каким-то образом пройдут через атмосферу, никак на неё не повлияв.

И даже при этих условиях Земля будет сожжена. Отражённый от Луны свет будет в четыреста тысяч раз ярче, чем полуденное солнце. Лунный свет будет достаточно ярким, чтобы испарить океаны меньше, чем за год.

Но забудем про Землю, что случится с Луной?

Даже одного давления излучения будет достаточно, чтобы разогнать Луну на одну миллионную. Это ускорение не будет заметно первое время, но через годы его хватит, чтобы оторвать Луну от земной орбиты.

Если бы давление излучения было единственной действующей силой…

50 мегаджоулей энергии достаточно, чтобы испарить килограмм камня. У лунного камня плотность примерно 3 кг/литр, так что лазеры будут передавать достаточно энергии, чтобы испарять четыре метра лунных скал каждую секунду:

Тем не менее реальная лунная порода не будет испаряться настолько быстро по причинам, которые на самом деле важны.

Когда кусочек скалы испаряется, он не исчезает. Поверхностный слой становится плазмой, но плазма преграждает путь лазерному лучу.

Наши лазеры вливают всё больше и больше энергии в плазму, и она становится всё горячее и горячее. Частички врезаются друг в друга, в поверхность Луны, улетают в космос на умопомрачительных скоростях.

Этот поток частиц превращает поверхность Луны в ракетный двигатель, на удивление эффективный. Использование лазеров для удаления поверхности материала называется лазерной абляцией, и это — один из многообещающих методов космических путешествий.

Хотя Луна и очень массивна, медленно, но верно плазменный поток начинает отталкивать Луну от Земли. (Поток, конечно, достигнет поверхности Земли и уничтожит лазеры, но в настоящий момент мы считаем, что они неуязвимы.) Плазма также будет стекать с поверхности Луны, но это сложно смоделировать.

Но если мы предположим, что частички плазмы будут вылетать со скоростью 500 км/сек, понадобится несколько месяцев, чтобы вытолкнуть Луну за пределы действия лазеров. Она сохранит большую часть своего веса, но преодолеет силу гравитации Земли и перейдёт на орбиту вокруг Солнца.

Технически, Луна не будет новой планетой, согласно определению планеты IAU . И, поскольку новая орбита будет пересекать земную, это будет карликовая планета, типа Плутона [ 3 ] . ↲ Плутон — не планета, потому что планетой, по определению, является тело «вблизи орбиты которого имеется „пространство, свободное от других тел“». А Плутон пересекается орбитой с Нептуном. ↳ Эта пересекающаяся с земной орбита будет вызывать периодические непредсказуемые орбитальные возмущения. Это с равной вероятностью может вызвать падение на Солнце, вылет за пределы Солнечной системы или столкновение с другой планетой, возможно даже с нашей. Я думаю, все согласятся, что в данном случае мы это заслужили.

Источник

uCrazy.ru

ЛУЧШЕЕ ЗА НЕДЕЛЮ

ОПРОС

СЕЙЧАС НА САЙТЕ

КАЛЕНДАРЬ

Сегодня день рождения

Лазерная указка. What If?

Если бы каждый человек на Земле направил лазерную указку на луну в один и тот же момент, поменяла бы она цвет?

Нет, если мы будем использовать бытовые лазерные указки.

Первое, что нам следует понимать — то, что не все люди могут одновременно наблюдать Луну. Мы можем собрать всех в одной точке, но мы уже выяснили, чем это закончится, несколько недель назад. Вместо этого, мы возьмем тот момент времени, когда Луна видна наибольшему числу людей. Исходя из того, что 75% популяции живет между 0° и 120° в. д. (ссылка на англ. — прим. пер.), мы попробуем реализовать наш замысел тогда, когда Луна находится где-то над Аравийским морем.

Мы можем светить как в новолуние, так и в полнолуние. В новолуние поверхность Луны темнее — нам будет проще увидеть свет лазера. Но новая луна — более сложная цель, она чаще всего видна днем, сводя на нет весь эффект более темной поверхности.

Если не брать в расчет яркость, идеальным моментом времени будет скорее всего 6 часов вечера по Гринвичу (или 10 вечера по Москве — прим. пер.), когда полная луна находится высоко в небе Мумбая и Исламабада. В этой точке луна будет доступна для наблюдений почти 5 миллиардам людей — в основном из Азии, Европы и Африки — почти стольким же, сколько в принципе ее могут видеть одновременно.

Но давайте возьмем момент, когда освещена лишь половина луны, чтобы мы могли видеть эффект от наших действий на темной ее стороне. Оставим в стороне 21 декабря, чтобы не вдохновлять надежду в сердца ожидающих конца эпохи по календарю Майя, и вместо этого нашим моментом времени будет 4 января 2012 в пол-первого ночи по Гринвичу. В Восточной Азии в этот момент будет день, а в Африке и Европе — ночь.

Обычная лазерная указка имеет мощность около 5 мВт, а хоршая — имеет достаточно малый угол расхождения луча, чтобы в самом деле «дострельнуть» до Луны, несмотря на то, что в реальности он будет освещать довольно большую площадь. Луч, конечно, будет преломляться в атмосфере и часть его будет поглощена — но большая часть света все-таки долетит до Луны.

Представим себе, что все могут прицелиться достаточно точно, чтобы попасть в Луну, но не более того. В этом случае свет распределиться по всей ее поверхности.

В половину первого по Гринвичу все прицеливаются и нажимают кнопку.

Вот, что при этом произойдет:

Хотя, в этом есть определенный смысл. Солнце освещает Луну с мощностью порядка киловатта на квадратный метр. Так как сечение Луны имеет площадь порядка 10^13 квадратных метра, на нее попадает примерно 10^16 ватт солнечного света — 10 петаватт или два мегаватта на человека, что затмевает возможности наших пятимилливаттных лазеров. Конечно, числа могут слегка варьироваться, но в общем и целом все выглядит именно так.

5 милливатт — это слишком мало. Мы способны на большее.

Одноваттный лазер — безумная опасная вещь. В нем достаточно мощности, чтобы не просто ослепить вас, но и оставить на коже ожог или просто поджечь предметы. Безусловно, они запрещены к продаже в США.

Шучу! Вы можете купить такой за 3000 рублей. (ссылку я адаптировал под наши реалии, в оригинале был, конечно же, американский магазин — прим. пер.)

Представим себе, что мы потратили 21 триллион рублей и купили всем по одноваттному зеленому лазеру (на заметку кандидатам в президенты: включивший это в свою программу, получит мой голос). В дополнение к тому, что он просто более мощный, его цвет находится в середине видимого спектра, глаз более чувствителен к нему, а значит — он будет казаться ярче.

И вот результат:

Лазерная указка, которую мы используем, излучает примерно 150 люменов света (больше, чем большинство фонариков) лучом, шириной в 5 угловых минут. Свет этот, попадая на поверхность Луны, дает освещеноость лишь около половины люкса, в то время как Солнце — около 130 тысяч люксов. И даже если мы нацелим все указки идеально в одну и ту же точку — в лучшем случае мы получим полдюжины люксов на 10% поверхности Луны.

Для сравнения, освещенность Земли от полной Луны составляет около одного люкса — а значит, наши лазеры будут неэффективны не только при освещении Луны с Земли, но и если мы попробуем обратное — осветить Землю с Луны, то зелень лазера просто потонет в естественном лунном свете.

Благодаря новейшим разработкам в области литиевых батарей и технологии производства светодиодов, рынок начал просто ломиться от огромного количества продающихся там мощных фонарей. Но совершенно ясно, что простой фонарик нам не поможет, поэтому мы пропустим скучную часть и сразу вручим каждому по фонарю Nightsun.

Вы можете не знать этого названия, но вы, скорее всего, хотя бы раз видели, как он используется: именно эти фонари устанавливаются на вертолеты полиции и береговой охраны. С учетом того, чот выходной световой поток у них составляет 50 тысяч люменов, им действительно под силу превратить ночь в день на отдельно взятом клочке земли.

Луч его имеет угловую ширину примерно в несколько градусов, так что нам потребуются собирающие линзы, чтобы уменьшить его до половины градуса, что необходимо для того, чтобы достать до Луны.

И вот результат:

Конечно, результат тяжело увидеть, но он есть! Луч создает освещенность в 20 люкс, увеличивая силу светового потка от неосвещенной половины Луны в 2 раза! Так или иначе, это тяжело разглядеть, а видимого эффекта на светлой половине практически нет.

Заменим фонари Nightsun на прожектора IMAX – 30-киловаттные лампы с водяным охлаждением, с суммарным выходом более миллиона люменов.

Эффект все еще болтается где-то на границе восприятия.

На крыше отеля Luxor в Лас-Вегасе стоят самые мощные на Земле прожекторы. Давайте дадим каждому по одному такому.

Да, и установим на них линзы для того, чтобы сфокусировать луч на поверхности Луны.

Теперь мы видим результат наших действий, миссия выполнена! Отлично поработали.

Министерство обороны разработало мегаватнные лазеры, используемые для уничтожения летящих ракет на подходе.

Самолет Boeing YAL-1 — это сделанный на базе 747-го самолет с установленным на него мегаваттным химическим кислородно-йодным лазером. Он излучает инфракрасный свет, а значит его луч невидим для человеческого глаза, но мы можем представить себе аналогичный лазер, излучающий свет в видимом диапазоне. Дадим каждому по одному такому.

Наконец, мы смогли сравняться с яркостью солнечного света!

При этом мы потребляем 5 петаватт мощности, что вдвое больше, чем среднее мировое потребление электроэнергии.

Ладно, давайте установим по мегаваттному лазеру на каждом квадратном метре поверхности Азии. Если мы попробуем запитать всю эту установку, используя электроэнергию, вырабатываемую из нефти, то все резервы Земли будут исчерпаны за 2 минуты. Но в эти минуты Луна будет выглядеть так:

Луна сияет ярче, чем полуденное солнце, а к концу этих двух минут, лунная поверхность нагреется так сильно, что начнет светиться.

Хорошо, мы зайдем еще дальше за пределы возможного.

Самый мощный лазер на Земле находится в Национальном комплексе лазерных термоядерных реакций. Он излучает в ультрафиолетовом диапазоне и имеет выходную мощность в 500 тераватт. Так или иначе, он генерирует лишь один импульс, длящийся лишь несколько наносекунд, в энергетическом эквиваленте равный четверти чашки бензина.

Представим себе, что кто-то нашел способ сделать его излучение непрерывным, дал каждому по одной штуке и все направили их на Луну. К несчастью, поток энергии немедленно превратит земную атмосферу в плазму, что испепелит всю земную поверхность и убьет нас всех.

Но давайте предположим, что излучение каким-то невероятным образом пройдет сквозь атмосферу без взаимодействия с ней.

Даже с этим допущением, Земля все равно будут охвачена огнем. Отраженный свет от Луны будет в четыре тысячи раз ярче, чем полуденное солнце. Лунный свет станет достаточно ярким, чтобы все земные океаны вскипели и испарились меньше, чем за год.

Забудем о Земле — что случится с Луной?

Лазерный луч, сам по себе, сможет создать достаточное световое давление, чтобы придать Луне ускорение около десяти миллионных g (g = 9,81 м/с – прим. пер.). Это ускорение, практически незаметное в малых масштабах времени, за годы окажет влияние, достаточное для того, чтобы вытолкнуть Луну с земной орбиты.

. если бы давление излучение было бы единственной вовлеченной в процесс силой, конечно же.

40 мегаджоулей энергии достаточно (ссылка на англ. — прим. пер.), чтобы испарить килограмм камня. Принимая, что каменистая поверхность Луны имеет плотность порядка 3 кг/л, лазер передаст ей достаточно энергии, чтобы испарять 4 метра лунной поверхности в секунду.

В любом случае, на самом деле лунный грунт не будет испаряться так быстро — по очень важной для рассмотрения причине.

Когда кусок камня испаряется, он не просто исчезает. У поверхности образуется плазма, которая мешает прохождению луча.

Лазер продолжает накачивать плазму энергией, а плазма, в свою очередь, становится все горячее и горячее. Частицы сталкиваются между собой, ударяются о поверхность Луны и улетают в космос на фантастических скоростях.

Этот процесс превращает всю поверхность Луны в один реактивный двигатель — с потрясающей эффективностью, к тому же. Использование лазера для испарения материала описанным способом называется лазерной абляцией и это крайне многообещающий способ создания космических двигателей (ссылка на англ. — прим. пер.).

Луна имеет большую массу. Несмотря на это, медленно, но верно, тяга, создаваемая каменной плазмой, будет толкать ее прочь от Земли. (Струя плазмы, кроме всего прочего, дочиста очистит поверхность Земли и уничтожит лазеры, но мы предполагаем, что на тот момент они будут неразрушимы.) Плазма также будет стекать с лунной поверхности — это сложный процесс, который довольно тяжело смоделировать.

Но если мы прикинем, что частицы плазмы будут улетать с поверхности со средней скорость 500 км/сек, то всего за несколько месяцев Луна улетит из области действия наших лазеров. Она сохранит большую часть массы, но перестанет быть спутником Земли и перейдет на вытянутую орбиту вокруг Солнца.

Формально, Луна не превратится в новую планету, согласно определению планеты, принятому МАС. Так как новая орбита Луны будет пересекать земную, то Луна будет называться малой планетой, как, например, Плутон. Пересечение с земной орбитой будет приводить к периодичеким непредсказуемым ее изменениям. Луна может в итоге сгореть в солнечной атмосфере, быть выкинутой за пределы солнечной системы или разбиться о любую другую планету — в том числе нашу. Я думаю, что все согласятся — в таком случае мы это заслужили.

Источник

➤

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
1	2	3	4	5	6
7	8	9	10	11	12	13
14	15	16	17	18	19	20
21	22	23	24	25	26	27
28	29	30

Лазерная указка до луны