Měření vzdálenosti Měsíce

[Calleb]

Zdravím všechny nadšence astronomie,

jsem takový pseudo-začátečník v astronomii, můj hlavní obor je elektrotechnika, takže jsem v určitých oblastech trochu mimo. Rád bych se proto zkušenějších zeptal, zda někdy prováděli experiment na určení vzdálenosti měsíce od země pomocí laseru a koutového odražeče na měsíci, který tam umístila NASA. Přijde mi to jako strašně krásný experiment a rád bych to ukázal rodičům, dětem apod. jako důkaz toho, že někde "daleko" ve vesmíru, na jiném světě je něco co jsme vyrobili my lidé...princip je strašně jednoduchý, ale má to několik háčků na které bych se rád zeptal...

Jak mám vědět kam mám laser směřovat ? Kde je vůbec na měsíci položen tento odražeč ? (předpokládám, že né moc daleko od vozítka, ale ani od tohoto nevím souřadnice) ... a hlavní problém...jsem schopen to vůbec jako člověk co se zabývá elektronikou doma udělat ? jak moc velký výkon potřebuji, aby se mi vrátilo alespoň několik fotonů, které bych zachytil a mohl vidět alespoň nějakou špičku na osciloskopu ? zde si vůbec neumím představit o jakém výkonu se mám bavit...10ky wattů ? 100ky ? gigawatty ? nemám vůbec ponětí...

Dělal tedy někdo tento experiment ? Je to vůbec "doma" možné ?


Děkuji, Calleb

[Boramyr]

Poměrně dost o současném měření se lze dozvědět přímo na stránkách observatoře, která toto měření provádí : Apache point observatory

Používají Nd:YAG laser s kupou dalšího příslušenství k tvorbě cca. 90ps pulzů, každý s energií 115mJ. To dělá zhruba ten gigawatt okamžitého výkonu. Jejich laser má po průchodu atmosférou rozbíhavost cca. 1", takže ozáří území asi 2km v průměru. Se stejnou přesností je tedy třeba ho zamířit. Z každého pulsu se vrátí do dalekohledu (3,5m průměr) v půměru 0,25 fotonu.

Uvádí se, že při zacílení laseru s rozbíhavostí kolem té obloukové vteřiny (nutný výborný laser i seeing) zhruba 1/30000000 světla zasáhne koutový odražeč a z tohoto světla se pak opět jen cca. 1/30000000 trefí zpět do 3,5m dalekohledu.

Když budeš uvažovat "běžný" amatérský 35cm newton (tj. 100x menší sběrná plocha) musel bys být schopen zachytit signál 10^17 krát slabší, než vysíláš. Při vyšší rozbíhavosti svazku a horším seeingu, než mají na Apache pointu může ten poměr být ještě násobně horší.

Edit : Odražeče jsou na měsíci čtyři. Na místech přistání Apollo 11, 14, 15 (největší) a Luny 21. Vzhledem k velikosti ozářeného území stačí mířit prostě na místa přistání.

[Calleb]

Takže teoreticky je toto možné provést, ale zatraceně obtížné ... je to tak ?

Ovšem víceméně skoro nemožné, když vezmu v potaz že takovýto laser nikde neseženu ( přece jenom se nejedná o laserové ukazovátko ) a to nemluvě o kvalitním přijímači...

[MilAN]

Odražečů je 5 :

[Boramyr]

Dokážu si představit, že by bylo v silách amatéra, získat odraz od měsíce. Ani by mne moc nepřekvapilo, kdyby to už někdo udělal, ale nepátral jsem po tom. Není to úkol pro běžného kutila a nevystačil by s komponenty co koupí v hobbymarketu. Nicméně s nějakými odbornými znalostmi a penězi by nadšenec mohl být úspěšný. Představoval bych si to asi takhle :

1) Není třeba superlaser a nanosekundové pulsy. Nejde o měření, ale jen o detekci. Pulsy jako takové jsou vhodnější, než kontinuální svit, ale stačí pulsy třeba čtvrt sekundy dlouhé s opakováním po několika sekundách. Jednak to umožní přijímat vracející se puls v okamžiku, kdy máme laser vypnutý a neruší nás rozptyl v atmosféře. Za druhé, klíčovaný signál se v šumu mnohem lépe hledá. Několik set wattů či kilowatt by mohl stačit, možná nějaký průmyslový laser na svařování. Netuším však, jak jsou na tom tyhle lasery s koherencí a jak rozbíhavý svazek by z toho šel dostat.

2) Dva dalekohledy, montáže pointované na místa, kde jsou odražeče. Jeden vysílací s laserem, z principu nemůže být příliš malý a nejspíš by byla nutná dost precizní optika. Druhý, co největší příjmací, s citlivou kamerou za úzkým filtrem. Detektor musí být co nejselektivnější k vlnové délce laseru.

3) Pak už jen posílat pulzy a zaznamenávat. Nějaký signál, korelující s vysíláním a zpožděný o 2,6s by se snad našel.

4) Úspěšně se hájit u soudu, až si činitelé všimnou, co děláte a dojde na žalobu jménem "obecné ohrožení".

[Honza Ebr (honza42)]

4) Úspěšně se hájit u soudu, až si činitelé všimnou, co děláte a dojde na žalobu jménem "obecné ohrožení".
Možná že dřív, než se budeš zajímat o soud by ses měl zajímat o to, jestli někomu opravduy nneublížíš. Tady například nestřílet kW laserem do vzduchu, kydž je kdekoliv v okolí letadlo!

[MilAN]

Boramyr :
Já bych s tím trochu polemizoval.
Pro první  měření  byl poměr mezi vyzářenou energií a detekovanou v poměru 1022 :1 až 1024:1.  A to při aperturách vyzařovací  paprsek ~ 45cm, přijímaci dalekohled 3,5 a 2,5 m , paprsek měl  určitě menší divergenci než  průmyslový laser, běžně dostupný.  Takže by bylo potřeba ten poměr  vyzářený /přijímaný ještě o nějaký řád posunout, abychom se dostali k reálným hodnotám pro amatéra.
Běžný  silný průmyslový laser, používaný k obrábění ( s aperturou  kolem 4 cm) lze pořídit v cenách  v úrovni několika miliónů korun, přijímací dalekohled s aperturou  cca 1 m  na paralaktice s dostatečně solidní mechanikou a přesným naváděním také.  Jestli to bude stačit na detekci lze  spočítat, částka za celou aparaturu je zcela jistě v možnostech amatérů ( netuším tedy, jestli  tazatele ?), otázkou ale ještě zůstává,  smysl toho snažení - jestli mě tedy uspokojí to, že jsem za  ~ 10 milionů detekoval  odražený paprsek od koutového odražeče na Měsíci.

[Boramyr]

Honzo, pokud je někdo schopný takové zařízení realizovat, technicky, odborně i finančně, pak se zajisté umí informovat i v oblasti letového provozu. Tohle už snad nespadá do kategorie, kde by byly třeba nápisy "MINISTERSTVO ZDRAVOTNICTVÍ VARUJE : MANIPULACÍ S KILOWATTOVÝM LASEREM MŮŽETE OHROZIT SEBE I OKOLÍ"

Milane, jsem rád že můžeš uvést konkrétnější čísla. Já byl o něco optimističtější, odhadl jsem si potřebnou částku zhruba na polovinu, ale byl to skutečně jen hrubý odhad založený na krátkém zamyšlení. Neinformoval jsem se po ceně reálných zařízení ani nepočítal potřebné výkony a účinnosti. To už si případný zájemce může udělat sám, pokud bude chtít.
V možnostech amatéra to patrně je, koneckonců, vám tady nemusím dokládat, že nadšenců multimilionářů běhá po světě docela dost. Jestli by některý z nich byl ochoten za takovou legraci vyhodit, řekněmě megadolar, záleží už asi jen na něm a na tom, jestli to pro něj představuje dvacetiletý nebo měsíční příjem.

[Damandys]

Zdravím, nikde jsem to na internetu nenašel, ale docela by mě zajímala jedna věc. Dalo by se v současné době nějakým silným světlem dosvítit až na Měsíc? Třeba červeným nebo modrým paprskem, aby to šlo dobře vidět ze Země i pouhým okem? Je to asi nesmysl, ale přemýšlím, zda-li je to technicky možné.

[Maser]

aby to šlo dobře vidět ze Země i pouhým okemTo fakt asi né.
Zaprvé Měsíc odráží kolem 7% dopadajícího světla a zadruhé je to tak daleko, že rozptyl paprsku by byl obrovský.
Z observatoří se posílají na Měsíc pulzy laserového paprsku o průměru primárního zrcadla (řádově metry) a na měsíci je paprsek rozptýlen na průměr kolem 5km. odražené světlo se pak prakticky počíta na jednotlivé fotony a ty lze zachyti a odfiltrovat zase pomocí velkého teleskopu.

Očima to opravdu nikdy neuvidíš.

[MilAN]

Přečti si třeba tento článek o laserové lokaci Měsíce v rámci lunárních programů.Potom si asi odpovíš sám na položenou otázku :
http://www.ian.cz/detart_fr.php?id=383

[trodas]

Jejich laser má po průchodu atmosférou rozbíhavost cca. 1", takže ozáří území asi 2km v průměru
na měsíci je paprsek rozptýlen na průměr kolem 5km
Která z těchto informací je přesnější?

A jak to dělali v době, kdy tam žádná zrcadla nebyla?

Stejně, jako se od Měsíce dá odrážet a odráží se rádiové vlny (jak by v USA komunikovali vojáci asi se základnami v Pacifiku, daleko za obrozorem? Buď ionosférový odraz, nebo EME, tedy Earth - Moon - Earth), tak se od Měsíce odráží laserové záření:

Už v roce 1962 odráželi od Měsíce Američané laser, viz. článek z roku 1963 o tom, že Rusové jen zopakovali to, co před rokem MIT dokázali:


Dále pak v roce 1966 je to samé potvrzeno a zdůrazněno, že to šlo i s mnohem slabšími lasery před 4 lety!


National Geographic December 1966 p876 small - zbytek článku: http://s3.postimg.org/njwtvph9f/Nationa ... 6_p876.jpg

Mě z toho plyne, že od Měsíce lze odrážet laser i bez jakýchkoliv zrcadel, která tam tedy vlastně ani nemusí být, můžou to být jen vybrané vhodné oblasti (např. kráter, který odrazí více záření do směru, ze kterého příšlo), jenž odráží lépe než jiné...

[Maser]

Mě z toho plyne, že od Měsíce lze odrážet laser i bez jakýchkoliv zrcadel, která tam tedy vlastně ani nemusí býtTady nejde o hraní si s laserem a o nějaký odraz, ale o měření vzdálenosti.
Trodas, odpověz mi na otázku: S jakou přesností změřili vzdálenost Měsíce v tom roce 1962? A s jakou přesností změřili vzdálenost po roce 1969?

[Tomáš Grygarčík]

Tady nejde o hraní si s laserem a o nějaký odraz, ale o měření vzdálenosti.Takže měli radši vyrobit tak dlouhé pásmo?
Jde především o ten odraz. Přesnost měření pak souvisí pouze na schopnosti přesně měřit čas.

[MilAN]

Jde o to, jak dlouhý musel být puls a čím to zachycovali a zaznamenávali a jaký  ten záznam mohl mít časové rozlišení .
V případě  koutových odražečů se dodahovalo  zprvu přesnosti v řádu desítek cm, dnes je to v řádu mm. Od povrchu Měsíce, pokud by byli schopni zaznamenat  vracející paprsek už v té době obdobně jako od odražečů( což asi vzhledem k intenzitě vracejících se paprsků asi nebylo), tak by dosáhli( vzhledem ke konfiguraci terénu) přesností tak ve stovkách  metrů. Ale kdyby to nějak dokázali, tak by se tím určitě pochlubili - a to se nestalo.
A kdyby to šlo bez odražečů, proč by je tam instalovali ?