為什麼用激光筆指著月亮時沒有紅點?

suck-sun掃去陰霾

這激光筆說的是我們拿的玩具一樣的紅外線激光筆嗎?題主也太看得起這種小玩具了,雖然說光束在發出之後不受阻擋就會一直奔跑,但是激光筆發出的光亮射到月亮上,還會剩多少光子呢?這些光子再反射回來進入你的眼睛時又會有多少呢?所以一隻紅外線激光筆根本不可能在月亮上照耀出紅點。



不過在早期人類測量地球和月亮之間的距離的時候,還真就使用過激光照射月亮的方法,當然,那樣的激光要比激光筆的光束強多了。


我們都知道激光的光束很強,發射出去就像一條直線,有的直射不散的特性,其強度能夠將阻擋在它前面的一些事物洞穿,然而即便如此,把激光發射到月球上面,38萬公里的距離仍然能將激光束放大無數倍,據說在美蘇等國早期將激光束髮射到月亮上測量地月距離的時候,地球上發射的激光束到了月球上之後,直徑竟然達到了1-3公里那麼大,但是在地球上它們只是一個小點而已,可見即便是激光,發射之後也是有著很大的散射現象的,而我們用玩具一樣的激光筆照射月亮的話,光束到達月亮的位置時其直徑或比整個月亮都大,怎麼可能看到月亮上出現紅點呢?想一想一個激光筆的能量有多大,照到手上都沒什麼感覺(不可照眼睛,有可能致盲),前進的過程中又會被地球大氣層吸收一部分,又因為散射損失一部分,而月亮的面積又那麼大,所以不可能看到任何變紅的現象。


科普大世界

實際上,早就有人嘗試著拿一個超級大號的激光筆指著月亮看了。

早在1962年,美國和蘇聯都開始使用激光測量地月距離。而在1969年7月21日,美國的阿波羅11號將第一個激光反射器陣列戴上了月球的指定位置。依靠著這塊46釐米見方的反射器,我們終於進行了地月距離的準確測量。

上圖就是那塊反射器的尊容。這塊反射器陣列裡,有100個叫做“角反射器”的東西,其功能就是讓入射到反射器上的光,平行於原路返回。

這個反射器裝上之後,原理上,我們就可以向著這個反射器打一束激光,然後探測反射回來的光,記錄總共消耗了多少時間。再乘以光速,就可以得到地球到月亮的距離了。

但是難點在哪裡呢?就在於這個激光。大家經驗上可能覺得,激光就是一條直線啊,打出去就一個小點啊,到了月亮上也該是一個小點。但其實不是這樣的,再好的激光也是會發散的,很難做到真正的“一個小點”。三十多萬公里的距離,已經足夠讓一束直徑不到1釐米的激光,擴散成一個直徑達數公里的大光斑,絕大多數的光子都無法照射到這個反射鏡上。因此,就需要:1,更大功率的激光;2,更好的探測器。

那麼現在大家都怎麼搞呢?

用的是這麼大的激光器

這麼大的望遠鏡

卻只能收到這麼多數據。一個點是一個光子,你查查這才幾個光子。給你個提示,一個10瓦燈泡,一秒鐘可以放出大概10^17 個光子,也就是100,000,000,000,000,000個光子。

事實上,在裝這個反射鏡之前,也有直接用激光打月亮測地月距離的實驗。100瓦的激光,打了0.5秒,收不到10個光子。這還是使用了大口徑望遠鏡的情況。

如果全地球60億人,每人拿一個5毫瓦的激光筆,三千萬瓦。

激光能量高了10^6倍

觀測設備的口徑(望遠鏡VS人眼)小了大概100倍,面積小了10000倍

大氣散射,畢竟地球上不可能處處晴天,算差了10倍吧。

那麼,粗略估計下來,這麼多激光筆打上去,你的眼睛每秒鐘能夠比平時多接受多少光子?30個。大概是一個,嗯,1000公里外亮起了一個10瓦的小燈泡。

何況你還是一個人一支筆。

根本看不見的。如果有誰覺得自己能看見,可以來這兒報個名,我來把你捐給國家做實驗哈哈哈~


IvanZhu

簡單地說一下就是激光筆一方面光強度太弱,另外一方面就是月地距離太遠導致從激光筆射出的激光經過長距離的傳播發散得很厲害,基本上最後能夠打到月亮上的光子微乎其微。

實際上,別說你用一支激光筆做這個實驗了,就算是用一個有著足夠強度的激光裝置,打出的一束高能激光,最終能夠打到月球上一個不大區域上的光子數目少的可憐,更別說還要從月球上再反射回地球,即使是大口徑的望遠鏡所能夠接受的光子也不多。那麼為什麼激光會發生散射呢?原

因就在於我們的大氣層,大氣層裡有著不少的水蒸氣以及塵埃,這些雜質會使得光在傳播的過程中發生散射現象。

問題就出在這裡,既然對於大氣層本身的狀況我們不可改變,那麼就得從自身想辦法,這就包含了幾個方面:比如說激光的強度,用來接收反射回的光子的望遠鏡的口徑,還有一個很重要的就是要讓打在月面上的光子成功返回,這就不可能不做點什麼而直接讓月面反射,因為這基本上是不可能的,所以說

得有一個裝置讓打在月球上的光子沿著原路返回啊。這個裝置的原理很簡單嘛,就和自行車的後面的反光鏡一個道理,夜晚有車燈照到上面光會沿著原路返回,這樣就讓別人知道前面有騎著自行車的人而不至於撞上了,同樣的原理,發射一個這樣的反射鏡到月球表面,只是尺寸應該大一些。

其實這個實驗美國人幾十年前就做過了,也是用這樣一個反光鏡反射從地面發射的激光,通過測定打出到反射回所用的時間乘以光速再除以二就知道月地距離了。第一次月地距離的測定是美國實施“阿波羅計劃”時完成的,他們在月球上的指定位置投放了一個幾十釐米見方的反射器,用上了高能激光裝置以及大口徑的望遠鏡,終於在收集了少量光子之後計算得出了月地距離。

當然,測定月地距離的方法不止這一種,聰明的古希臘人幾千年前就運用了數學方法得出了月地距離的粗值,與現代的數值差距僅有3%。具體方法我在這裡也不再做介紹了,有興趣的可以去了解一下。


鏡像宇宙

原因有好幾個,其中最重要的是激光筆沒有發射足夠的光子,因此沒有光子可以穿透大氣層到達月球。

利用阿波羅號進行月球激光測距實驗時,德克薩斯州的麥克唐納天文臺最初使用的是3焦耳紅寶石激光,發射出的激光束跟商業紅色激光筆發射的波長大致相同,但功率是商業激光筆所允許的功率的600倍。為使光束儘可能緊密,激光是用1/7米望遠鏡的光學元件射出的。然而,大氣層會導致激光束髮生畸變,在到達月球之前就發散了,估計直徑變成了10公里。只有精密儀器才能檢測到望遠鏡反射、通過大氣返回的少數光子,距離離開月球的後向反射鏡幾百萬公里。

現在麥克唐納天文臺用是釹-YAG激光器進行月球激光測距實驗,其功率比激光筆高出25倍,通過只有0.78米的望遠鏡發射,但脈衝頻率更高。由於儀器和直徑控制得到了巨大改進,因此測出的距離更準確。

剛才解釋了一大圈,意思是說要想用肉眼看到月球上的激光,必須用已有的最大尺寸的望遠鏡發射死亡射線。如果能看到激光在月球上投射的點,這個點會很大,覆蓋月球表面上好幾公里。


迷失在耶路撒冷

一,激光筆發出的激光束功率不夠,也許在大氣層內就被阻擋並消耗掉了。

二,激光筆發出的激光束會發散,變成一個巨大的光斑,反射回來的光極弱,以至於看不見。

三,即使激光筆功率足夠並且沒有發散,它照射到月球也是直徑不到1平方釐米的光斑,肉眼在地球上不可能看得見。

四,據說美國有在月面放置一面角反射鏡,用來測定地月之間的距離,它發射的應該就是激光束。只不過接收的設備比人眼要精密和敏感得多了。


周志宏glee

直白點的解釋:因為你瞎,月球上有個腳印你能看到嗎?

偽科學的解釋:因為光的傳播需要時間,你等幾個小時就能看到了!

科學點的解釋:因為空氣中的細微灰塵逐漸阻擋減弱激光能量,因為你的激光也許還是發散的,就算到了月亮上亮度都不夠月亮反射的太陽光——不要問我月亮為什麼發光,沒興趣回答太多白痴問題。


嘿嘿好久不見

所謂激光筆發射的根本就不是激光,這個發射光的過程是沒有受激輻射的,只是亮度稍微好點的接近單色的光,因此匯聚成的光束存在較短距離就發散的問題,自然不可能照射很遠,即使功率再大也上不了月球,更不可能反射回來。

真正的激光是原子受激輻射產生波長一定的單色光,可以匯聚成平行光束,射到月球也就散射到幾十米或者幾米的光斑,強度足夠就可以反射回地球。可以是可見光也可以是不可見光,好好學習下物理你就明白了。說深了你也不懂。這才是正解。


Martian28


激光器發射的激光,天生就是朝一個方向射出,光束的發散度極小,大約只有0.001弧度,接近平行。1962年,人類第一次使用激光照射月球,地球離月球的距離約38萬公里,但激光在月球表面的光斑不到兩公里。你看不見是激光功率太小,地球和月球的距離太遠散射掉了。


無情地泡麵

激光並不是不發散的,假設激光筆的光線能照到月球,那麼光的覆蓋範圍也是幾平方公里,再反射回地球的時候面積就更大了,光線強度已經達不到人眼睛的識別度了,所以普通激光打在月球上,人是根本看不見的。


魑魅魍魎鬼魅魂

要想在月亮上看到激光的紅點?那你的激光得夠大,大到可以讓你在地球上看到。如果指望平時教學用的激光筆,那還是洗洗睡吧。就算激光可以投射到月球上,以地月之間的距離,肉眼能看得到嗎?你能看到月球上的沙子?


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