用雷射筆能照亮月亮嗎?

北京科學中心 發佈 2020-02-10T00:39:39+00:00

雷射筆在日常生活中用途廣泛,更是許多人的童年回憶。「雷射筆,亮閃閃,按一下,照得遠……」總的看來,用雷射照亮月亮依舊是一個難以實現的願望。


雷射筆在日常生活中用途廣泛,更是許多人的童年回憶。「雷射筆,亮閃閃,按一下,照得遠……」


雷射筆可以輕鬆照亮牆壁、天花板,留下明亮的「小光斑」。但是它究竟能照多遠呢?能照到月球嗎?我們能不能用雷射把月球「照亮」呢?今天我們就一起來探究一下。


雷射筆能照多遠?


雷射筆(Laser pointer),又稱雷射指示器,是將半導體雷射模組(雷射二極體)設計、加工、封裝製成的便攜雷射發射裝置。

大家使用雷射筆的時候一定有過這樣的經驗:照射越遠的物體,光斑的面積就越大,顏色也會越暗淡。


不難發現,雷射雖然是高度準直的光線,但依然會隨著傳播距離的增加以及空氣的散射而逐漸發散,亮度也會逐漸減弱


我們以常用的筆形雷射筆為例,它的功率大約是5毫瓦(0.005瓦)。在距離它100米的地方,雷射光源看上去就像在0.91米外看一個100瓦的燈泡,非常刺眼。


離遠一些,在約一萬兩千米高空中飛行的飛機上觀察它發出的光(假設沒有雲霧的干擾),雷射筆的光點將和月亮一樣明亮。


在更遠的地方觀察,比如國際空間站,雷射筆的亮度會降到和夜空中最明亮的星星差不多。


因此,雷射筆雖然理論上可以照射到無窮遠,但實際上肉眼可見的傳播距離大概最多只有幾百公里


雷射筆能照亮月球嗎?


國際空間站距離地面的平均高度345公里,而月球距離地球約有38萬公里


如果用普通雷射筆照射月亮,除去大氣層的阻擋,發射出的光還是能到達月球表面的,只是這些光將散布在巨大的面積上,形成碩大而黯淡的「光斑」,無法被人眼辨識


所以,「照亮」月球和「照到」月球,可是完全兩碼事。雷射筆可以照到月球沒問題,但留下的光斑已經幾乎無法被我們看到了。

想要照亮月球,我們的對手是太陽——一個巨大無比的熱核聚變反應爐。太陽每秒鐘將400億噸的物質轉化成能量,相當於一千萬億顆氫彈同時爆炸


雖然月球距離太陽極為遙遠(大約是地月距離的400倍),太陽對月亮的輻射功率還是遠遠超出了我們手中的雷射筆。


根據計算,即使全世界所有人同時拿著雷射筆照向月亮,光斑亮度依然不及月光本身的億分之一。


看樣子,單靠雷射筆是無法照亮月球的。所幸,我們有許多比雷射筆強大得多的雷射發射器。


如何用雷射照亮月球?


出於安全性考慮,民用雷射器的功率往往很低(一般不超過1瓦),而軍用雷射武器的功率則要高得多。


早在上世紀60年代,人們就已經研製出雷射制導飛彈。隨著雷射器技術的發展,雷射逐漸從「領航員」變成了武器本身。


如今,雷射武器以其靈活便攜、安全高效、造價低廉而廣受關注,被認為是未來戰場上的關鍵技術之一。


美國空軍曾經用一架裝備了「兆瓦級」化學碘氧雷射器YAL-1的747大型噴氣機成功擊落了兩枚測試用飛彈。

YAL-1的平均功率達到100kW以上,每次只能發射3-5秒,足夠對100公里之內的任何目標造成殺傷。


如果不計造價的話,使用50億台YAL-1同時照射月球,我們就能在幾秒鐘內讓月球達到平常的亮度,將殘月照成滿月。


可惜的是YAL-1發射的是紅外線雷射,人眼無法看到,要欣賞人造「滿月」,還要再佩戴紅外線觀察設備。


我們不妨再大膽一點。目前全世界最強的雷射裝置是位於日本大阪的快速點火試驗平台(LFEX),它發射的紫外雷射的功率達到一千萬億瓦,是全球發電能力的一千倍。

這種裝置通常被用於核聚變等領域的實驗。如果有同樣功率的可見光雷射器,只需要一台,我們就可以把月球照得和平時一樣亮。


可惜的是LFEX的雷射每次只能發射1皮秒(萬億分之一秒),即使我們能看到紫外線,也來不及捕捉月球被照亮的瞬間。


如果我們再次不計成本,讓全世界每個人都擁有一台LFEX的超級雷射器,同時照向月球,會發生什麼呢?


這束光在離開地球之前會先將大氣層加熱為等離子體,隨即地表開始燃燒。


照射到月球後,月球將比平常明亮幾千倍,月球表面的岩石將在2分鐘之內被加熱到白熾狀態

好在我們的技術無法提供如此龐大的能量,這樣的實驗只能停留在想像中。總的看來,用雷射照亮月亮依舊是一個難以實現的願望。


值得注意的是,高能雷射器雖然能量巨大,但它有著嚴格的使用規範、專業的操作人員,通常比較安全;反而是日常使用的雷射器容易引發危險。


2016年國家質檢總局經專項調查和監測發現,存在較大安全隱患的兒童類產品中,雷射筆位列第一。


手電筒式的雷射器(通常功率1瓦左右)已經可以引燃衣物、灼傷皮膚;最常見的5毫瓦雷射筆如果不慎照到眼睛,也會留下永久性的視力損害


關於雷射筆的內容,就先和大家分享到這裡。雷射雖然好用,但安全也要常記心間。

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