Автор Тема: Лазером до Луны увидеть задержку скорости света.  (Прочитано 9677 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Это могло быть банальное отражение от верхних слоев атмосферы или от низко летящего космического мусора. Над головой много чего летает.

Оффлайн Sagara

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 14
  • Репутация: +0/-0
Давайте посчитаем просто по расходимости.

Размер пятна лазера. Луч λ=532 нм направлен на Луну с помощью телескопа с диаметром зеркала 1 м (то есть, ω0 = 0.5 м). Найти диаметр луча на Луне (то есть радиус перетяжки ω). Расстояние до Луны z = 384400 км. По формуле гауссовых пучков имеем

ω = 130 м.

Получилось пятно диаметром 260 метров в идеальном случае.

Лазер 1 Вт 532 нм пересчитаем в люмены. Для длины волны 555 нм 1 Вт = 683 лм, длина волны 532 нм к ней очень близка, пусть будет тоже 683 лм. Это мы делим на площадь пятна = 53 тысячи квадратных метров, получаем 0.012 лк.

В общем, дальше можно не считать. Для получения желаемых 20 лк даже в пятне всего 260 метров диаметром нам потребуется не меньше пары киловатт, и это я еще альбедо Луны не учел. С диаметром пятна мощность возрастает квадратично, поэтому в реальности скорее всего потребуются мегаватты.

Большое спасибо за развёрнутый ответ.

Лазер же когерентным лучём бьёт и без атмосферы поглощатся будет очень мало на такой дистанции.
Атмосфера поглотит только 20% яркости а остальные 80% в космос.
И лазер мощьностью всего 1 ватт бьёт на 50 км в атмосфере и точку видно очень далеко.
если убрать атмосферу то яркость очень незначительно упадёт.

Для обычного сферического излучения света как наше Солнце яркость падает в 4 раза при увеличении дистанции в 2 раза.
Для сжатого лазерного пучка другая формула должна быть если я правильно понимаю.

Насчёт Радиуса перетяжки необязательно перетяжку делать на поверхности Луны её можно зделать на меньшей дистанции и чтоб Пучок лазера будет расходится и на поверхности Луны будет нужный мне диаметр?

Оффлайн Sagara

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 14
  • Репутация: +0/-0
Вот и я об этом-же... применяли рубиновый лазер и то никакого пятна я думаю не было видно а чисто отраженный свет от отражателя вернулся на землю. Иначе-бы уже давно лазерные шоу на Луне показывали-бы :lol:
До орбиты спутников возможно и достанет в десятки ватт, но не советую, космонавты спустятся и 3,14здюлей навешают :D.

Тогда уж 3,1415926535897932384626433832795 здюлей так точнее))))

Оффлайн Sagara

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 14
  • Репутация: +0/-0
И ещё какого диаметра будет выходной пучёк лазера?
Сколько в мощности 1 ватт Фотонов света количество писать просто цыфрой а не степенями ?

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 325
  • Репутация: +13/-0
Кто вам сказал что 20% атмосфера поглотит? Это было-бы просто шикарно если-б все примерно 100 с лишним км(пыль, влага, неравномерной плотности слои газа с движением...ионосфера...) атмосферы поглотило всего 20%?Думаю что больше 90% в атмосфере просядет!

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Атмосфера поглотит только 20% яркости а остальные 80% в космос.
К сожалению, есть еще рэлеевское рассеяние. Сколько там поглотится, не знаю, но очень многое улетит просто в стороны, например под 90 градусов к изначальному пучку. Это трудно считать, но на таких больших расстояниях потери будут серьезные. Тем более, что лазер зеленый, а сильнее всего рассеивается воздухом синий, недалеко от зеленого. Напоминаю про голубое небо и про красное солнце на закате.

Цитировать
Для обычного сферического излучения света как наше Солнце яркость падает в 4 раза при увеличении дистанции в 2 раза.
Для сжатого лазерного пучка другая формула должна быть если я правильно понимаю.
Для лазерного луча формула та, которую я написал. На больших расстояниях она дает то же самое: обратные квадраты. Разница есть только на маленьких расстояниях.

Цитировать
Насчёт Радиуса перетяжки необязательно перетяжку делать на поверхности Луны её можно зделать на меньшей дистанции и чтоб Пучок лазера будет расходится и на поверхности Луны будет нужный мне диаметр?
Перетяжка будет в телескопе всегда. Диаметр перетяжки луча и есть диаметр зеркала телескопа.

Почему так. Потому что перетяжка - это самое тонкое место во всем луче. Чем толще перетяжка, тем слабее расходится луч. Понятно, что перетяжка не может быть больше, чем диаметр зеркала телескопа: ни одно место луча не может быть тоньше перетяжки, в том числе то место, откуда луч исходит. А делать перетяжку меньше размера телескопа глупо, так мы только расходимость повысим. Значит, перетяжка находится на зеркале.

Расчет я делал для диаметра зеркала (и перетяжки) 1 метр, это дает пятно на Луне диаметром почти 300 метров. Даже при нулевых потерях на атмосферу это безобразно много. А ваш телескоп вряд ли будет метровым. Диаметр пятна на Луне возрастает примерно обратно пропорционально квадрату диаметра телескопа: единичкой под корнем пренебрежем по сравнению с дробью, извлечем корень, остается расстояние делить на квадрат диаметра телескопа. Это значит, что освещенность падает как четвертая степень диаметра. Если вы возьмете любительский телескоп 25 см, получится освещенность, сравнимая с той, которую создает на Луне звезда Сириус. Это уже даже не смешно.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
И все-таки, в чем конечная цель эксперимента? Если скорость света напрямую наблюдать, так это на Земле легко делается. Расстояний в пару сотен метров, легко достижимых в любом городе, и дешевой красной лазерной указки вполне достаточно. Даже при паре десятков метров опыт получается на ура, просто менее точно. Надо только иметь достаточно точные "часы".

Оффлайн Sagara

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 14
  • Репутация: +0/-0
Атмосфера поглотит только 20% яркости а остальные 80% в космос.
К сожалению, есть еще рэлеевское рассеяние. Сколько там поглотится, не знаю, но очень многое улетит просто в стороны, например под 90 градусов к изначальному пучку. Это трудно считать, но на таких больших расстояниях потери будут серьезные. Тем более, что лазер зеленый, а сильнее всего рассеивается воздухом синий, недалеко от зеленого. Напоминаю про голубое небо и про красное солнце на закате.

Цитировать
Для обычного сферического излучения света как наше Солнце яркость падает в 4 раза при увеличении дистанции в 2 раза.
Для сжатого лазерного пучка другая формула должна быть если я правильно понимаю.
Для лазерного луча формула та, которую я написал. На больших расстояниях она дает то же самое: обратные квадраты. Разница есть только на маленьких расстояниях.

Цитировать
Насчёт Радиуса перетяжки необязательно перетяжку делать на поверхности Луны её можно зделать на меньшей дистанции и чтоб Пучок лазера будет расходится и на поверхности Луны будет нужный мне диаметр?
Перетяжка будет в телескопе всегда. Диаметр перетяжки луча и есть диаметр зеркала телескопа.

Почему так. Потому что перетяжка - это самое тонкое место во всем луче. Чем толще перетяжка, тем слабее расходится луч. Понятно, что перетяжка не может быть больше, чем диаметр зеркала телескопа: ни одно место луча не может быть тоньше перетяжки, в том числе то место, откуда луч исходит. А делать перетяжку меньше размера телескопа глупо, так мы только расходимость повысим. Значит, перетяжка находится на зеркале.

Расчет я делал для диаметра зеркала (и перетяжки) 1 метр, это дает пятно на Луне диаметром почти 300 метров. Даже при нулевых потерях на атмосферу это безобразно много. А ваш телескоп вряд ли будет метровым. Диаметр пятна на Луне возрастает примерно обратно пропорционально квадрату диаметра телескопа: единичкой под корнем пренебрежем по сравнению с дробью, извлечем корень, остается расстояние делить на квадрат диаметра телескопа. Это значит, что освещенность падает как четвертая степень диаметра. Если вы возьмете любительский телескоп 25 см, получится освещенность, сравнимая с той, которую создает на Луне звезда Сириус. Это уже даже не смешно.

Огомное спасибо за ответы))
у меня телескоп Диаметром 150мм и фокусным растоянием в 1200мм

А в ваших расчётах точка фокусировки луча находится в 1000км от Телескопа я правильно понимаю? если на Луне диаметр пятна 300 метров?

Оффлайн Sagara

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 14
  • Репутация: +0/-0
И все-таки, в чем конечная цель эксперимента? Если скорость света напрямую наблюдать, так это на Земле легко делается. Расстояний в пару сотен метров, легко достижимых в любом городе, и дешевой красной лазерной указки вполне достаточно. Даже при паре десятков метров опыт получается на ура, просто менее точно. Надо только иметь достаточно точные "часы".


Цель эксперемента увидить глазом в телескоп на Луне задержку скорости света.
Потому что на ГСО нет огромного отражающего искуственного спутника чтоб там эксперемент можно было вполне провести.
Насчёт эксперементов на Земле Задержку скоростисвета можно фиксировать только приборами если использовать Телескоп дляфокусировки луча на дистанции в 1 км то время пройденое светом 3.35 мкс. на 10км будет 33.5 мкс.
Такое короткое время потребут камеру с выдержкой 1 миллион кадров в секунду для того чтоб заметить задержку света на дистанции 1 км а это всего 3.3

то нам для 1 км дистанции потребуется камера 1 милионом кадров в секунду.
а для 10 км хватит и 500 тысяч кадров в секунду
если камеру расположить сбоку от Луча а луч света пропустить через тонель с туманом то скорость света можно легко зафиксировать на каимеру.

http://player.myshared.ru/654593/data/images/img11.jpg

но на 100 метрах это не возможно нужны камеры намного скоростнее.

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 325
  • Репутация: +13/-0
Да вы можете и на 100 метрах сделать эквивалент хоть на 100 000метров ... все зависит вот в этой схеме от мощности лазера и качества зеркал.
« Последнее редактирование: 14 Январь 2016, 08:46:47 от avrerum »

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
А в ваших расчётах точка фокусировки луча находится в 1000км от Телескопа я правильно понимаю? если на Луне диаметр пятна 300 метров?
Нет, в моих расчетах точка фокусировки находится в САМОМ телескопе.

Дело в том, что для таких лучей НЕЛЬЗЯ использовать простую геометрическую оптику в духе "лучи идут по прямой, потом фокусируются". Необходимо учитывать ДИФРАКЦИЮ. Колоссальная разница получается за счет дифракционной расходимости луча. Если мы сделаем на Земле идеально цилиндрический луч диаметром один метр, то на Луне этот луч даст пятно вовсе не в 1 метр диаметром, он даст 300 метров. Причина - дифракция света на самом себе. Неучет волновых свойств приводит к 300-кратной ошибке в расчете.

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
но на 100 метрах это не возможно нужны камеры намного скоростнее.

Майкельсон фиксировал задержку на нескольких километрах просто глазом, используя стробоскопический эффект. Он прерывал луч света вращающимся диском с дырочками или вращающейся призмой. Луч отражался от зеркала на далекой горе, отражение наблюдалось в подзорную трубу. И было видно, что вращение отражения отстает: оно было повернуто на некий угол относительно оригинала. Этим методом скорость света удалось измерить с почти современной точностью.

На Земле можно получать длинные расстояния, много раз гоняя луч туда-сюда между зеркалами. Зеркала могут быть не плоскими, тем самым мы сумеем сохранить фокусировку луча даже после многих отражений. Будет мешать коэффициент отражения зеркал, поэтому зеркала придется брать диэлектрические (серебряные, алюминиевые и тем более амальгамные не годятся).

Измерения микросекундных времен делаются гораздо легче, чем камерой! Можно спуститься даже на наносекундный уровень. Достаточно фотодиода. Фотодиод дает сигнал с опозданием, но это решается просто: надо взять ДВА одинаковых фотодиода, и на второй подать луч прямо от источника. Задержка в одинаковых фотодиодах тоже одинаковая, поэтому мы получим два электрических импульса, время между которыми будет равно времени прохождения луча туда и обратно. Все провода возьмем одинаковой длины. Любой современный осциллограф, даже школьный, не говоря уж о всеми любимых С1-94 и С1-112, легко зафиксирует задержку.

Если заменить свет радиоволной, то можно сделать опыт даже на столе, вот так:
https://www.youtube.com/watch?v=qsLqQC52NTY

Оффлайн Gall

  • Ветеран
  • *****
  • Сообщений: 2736
  • Репутация: +172/-0
    • Sam's Laser FAQ на русском
Вот моя любимая картинка про фокусировку лазерных лучей:

Здесь хорошо видно, как расходящийся луч образует дугу. Даже если мы сделаем плоскую волну, эта волна сама собой превращается в подобие сферической, пройдя некоторое расстояние.

Применительно к нашей задаче это выглядит так. Возьмем очень хороший телескоп и сделаем с его помощью "идеально параллельный" луч света диаметром с апертуру телескопа. Не сходящийся и не расходящийся. На выходе из телескопа волну можно считать плоской. Оказывается, на больших расстояниях она все равно ведет себя как сферическая, расходится. Точную формулу я писал. На маленьких расстояниях там перевешивает единичка под корнем, и диаметр луча примерно равен апертуре. Но на больших расстояниях дробь гораздо больше единицы, и все равно начинает исполняться закон обратных квадратов, хоть мы и пытались сделать луч цилиндром, а не конусом. В далеком космосе наш лазер будет виден как классический точечный источник света, как звезда. И расчет показывает, что уже орбиту Луны можно считать "далеким космосом" с этой точки зрения.

Оффлайн Sagara

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 14
  • Репутация: +0/-0
Вот моя любимая картинка про фокусировку лазерных лучей:
(Ссылка на вложение)
Здесь хорошо видно, как расходящийся луч образует дугу. Даже если мы сделаем плоскую волну, эта волна сама собой превращается в подобие сферической, пройдя некоторое расстояние.

Применительно к нашей задаче это выглядит так. Возьмем очень хороший телескоп и сделаем с его помощью "идеально параллельный" луч света диаметром с апертуру телескопа. Не сходящийся и не расходящийся. На выходе из телескопа волну можно считать плоской. Оказывается, на больших расстояниях она все равно ведет себя как сферическая, расходится. Точную формулу я писал. На маленьких расстояниях там перевешивает единичка под корнем, и диаметр луча примерно равен апертуре. Но на больших расстояниях дробь гораздо больше единицы, и все равно начинает исполняться закон обратных квадратов, хоть мы и пытались сделать луч цилиндром, а не конусом. В далеком космосе наш лазер будет виден как классический точечный источник света, как звезда. И расчет показывает, что уже орбиту Луны можно считать "далеким космосом" с этой точки зрения.

Большое вам спасибо))
Насчёт замера скоросте света мне нужны не просто данные чисто задержка а именно видео картинка с изображением движения луча света.
но такое оборудование мне недоступно.
Насчёт большого количества зеркал это понятно что расстояние можно увеличить напорядок чем занимают на самом дели эти зеркала).

Оффлайн avrerum

  • Старожил
  • ****
  • Сообщений: 325
  • Репутация: +13/-0
В космосе(в вакууме) вы не увидите луча, это в атмосфере он отражается от пыли и его видно как луч, а в вакууме ему отражаться не от чего. Это только в фантастических фильмах лучи в космосе, взрывы в космосе и звуки в космосе :D

 



SimplePortal 2.3.3 © 2008-2010, SimplePortal