Riesige Laser, die in die Umlaufbahn feuern und Augenschäden verursachen; Wie kann man Massenblindheit verhindern?

Obwohl Laserlicht kollimiert wird, wird es die Blüte, die es in der Atmosphäre erzeugt, nicht sein. Jegliches reflektierte Licht wird in alle Richtungen mehr oder weniger gleichmäßig reflektiert. (Es sei denn, Sie haben etwas in der Luft, das spiegelnd reflektieren kann, und es ist alles in die gleiche Richtung ausgerichtet - in diesem Fall schießen Sie nicht mehr mit Ihrem Laser auf den riesigen schwebenden Spiegel!) Das meiste Licht, das das Ziel nicht erreicht, wird absorbiert nicht reflektiert, sondern als Schwarzkörperstrahlung in alle Richtungen abgestrahlt.

Die Wirkung von nicht kollimiertem Licht fällt mit dem Quadrat der Entfernung vom Ursprung ab. Auch wenn das Laserlicht auf wenige Meter Entfernung gefährlich ist, wird es auf Kilometern ungefährlich. Wenn es so wäre, würden Sie sich keine Sorgen machen, Menschen zu blenden, Sie würden sich Sorgen machen, Ihren Laser zu zerstören, indem Sie die Luft davor zu Plasma überhitzen.

Es ist wahrscheinlich ratsam, dem Strahl nicht zu nahe zu kommen, aber Sie sollten aus einer Reihe anderer Gründe nicht zulassen, dass Menschen Ihrer Weltrauminfrastruktur zu nahe kommen. Raketenstartplätze und Teststände werden aus genau diesem Grund normalerweise an ziemlich abgelegenen Orten gebaut, und Laserinstallationen würden diesem Beispiel folgen.

Unweigerlich werden einige Tiere (hauptsächlich Vögel) zu nahe an den Strahl herankommen und durch das Licht und/oder die Hitze geschädigt werden, aber es sollte nicht zu weit von der anderen Infrastruktur abweichen. Umweltauswirkungen sind selten "keine", aber es wäre aller Wahrscheinlichkeit nach auch nicht der Rede wert.

tl; dr: Solange Sie die für einen Industriestandort angemessenen Sicherheitsmaßnahmen anwenden, ist alles in Ordnung.

Wenn Sie lesen, dass Laserstrahlen sehr gut kollimiert sind, bedeutet das nicht, dass sie überhaupt nicht divergieren. Sie brauchen nur lange Strecken, um eine nennenswerte Abweichung zu zeigen, aber sie weichen ab.

Beim Experiment Lunar Laser Ranging beispielsweise ist der Laserstrahl, der von der Erde aus geschossen wird, kein Punkt mehr, wenn er die Mondoberfläche erreicht

An der Mondoberfläche ist der Strahl etwa 6,5 ​​Kilometer breit.

Nur um Ihnen ein Maß zu geben, alle$10^{17}$Photonen abgefeuert, nur 1 wird zurück auf der Erde gesammelt (nach der Hin- und Rückfahrt).

Wie Sie sehen, ist die Entfernung Ihr Freund und verteilt den Laserstrahl über eine große Fläche.

Wenn Sie eine Frequenz auswählen, bei der die Atmosphäre undurchsichtig ist, haben Sie eine weitere Dämpfung.

Keine Notwendigkeit für Schutzbrillen.

Das Abstandsquadratgesetz ist hier unser Freund.

Eines der Dinge, die Laser zu einer Gefahr für das Auge machen, während andere Lichtquellen (Glühbirnen) es nicht sind, ist, dass Laserlicht in einen Strahl ausgerichtet wird. Das bedeutet, dass selbst ein mäßig leistungsstarker Laser einen viel helleren Lichtpunkt erzeugen kann als eine leistungsstarke Glühbirne, bei der die Energie viel stärker gestreut wird.

Wenn nun Laserlicht von diesen orbitalen Trümmern und Asteroiden gestreut wird, wird das gestreute Licht in allen möglichen Winkeln herauskommen und sich daher in alle (oder zumindest viele) Richtungen ausbreiten.

Die erdnahe Umlaufbahn befindet sich 20.000 km über dem Boden. Nehmen wir an, ein Laser trifft auf Trümmer oder die Rückplatte eines Raumfahrzeugs, das einen lasergestützten Start in dieser Höhe verwendet. Nehmen wir weiter (der Einfachheit halber) an, dass das Laserlicht gleichmäßig in alle Winkelrichtungen gestreut wird. Bei der 20.000-km-Marke ist die Energie also gleichmäßig über eine Kugel mit einer Oberfläche von verteilt$5\times 10^{15}$Meter (eine 5 gefolgt von 15 Nullen).

Auf der Erde hat das Sonnenlicht eine Intensität von etwa 1 Kilowatt pro Quadratmeter. Um so hell wie die Sonne (von der Erdoberfläche aus gesehen) zu sein, ist die Kraft, die Sie benötigen, um von diesem Stück Weltraumschrott zu kommen, ungefähr$5\times 10^{18}$Watt. Das sind 5 Exajoule pro Sekunde.

Lassen Sie uns das relativieren, laut Wikipedia ( https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption#/media/File:Japan_energy_and_GDP.svg ) lag der Energieverbrauch Japans (ich glaube nur im Stromnetz) bei etwa 20 Exajoule im gesamten Jahr 2010.

Dieser hypothetische Laser zerstreut alle 4 Sekunden die Energie eines Japaners in verschwendetes Streulicht.

Jetzt gibt es hier viele Annahmen, Faktoren von 10 oder sogar 100 oder möglicherweise 1.000 könnten durch Anpassung geändert werden. Die größte Schwäche ist die Annahme einer gleichmäßigen Ausbreitung, der Asteroid, den Sie schmelzen, könnte eine große flache metallische Facette haben, die wie ein Spiegel wirkt. Aber der Punkt bleibt, kein plausibles Lasersystem, das im Weltraum arbeitet, hat die Chance, aufgrund von Laserstreuung auch nur annähernd die Sonne zu überstrahlen. Ich gehe davon aus, dass das Erreichen von weit verbreiteter Blindheit das Erreichen von Intensitäten in dieser Art von Baseballstadion erfordern würde.

Sie sind immer noch Gefahren. Wenn ein Computerfehler (oder ein Terroranschlag, ein Cyberangriff oder ein anderes Problem) dazu führt, dass ein Laser seinen Strahl direkt auf die Erde richtet, ist die Gefahr potenziell viel größer.

Ein letzter Punkt. Wenn man feststellte, dass die Gefahren viel größer waren als meine Schätzungen andeuteten, und Blindheit tatsächlich eine Gefahr war. Dann besteht eine mögliche Lösung darin, Laser zu wählen, die mit einer Wellenlänge arbeiten, die von der Atmosphäre stark absorbiert wird. Dies hätte Nachteile (alle Laserstationen müssten im Weltraum sein), aber es würde die Sicherheit der Erde gewährleisten.

Ich stimme der Beobachtung zu den Vorteilen des Abstandsquadratgesetzes zur Milderung dieses Problems zu. Ich füge hinzu, dass die Wellenlänge des Betriebsmodus des Lasers ebenfalls ein wichtiger Faktor ist

Wellenlängen größer als 1,5$\mu$m werden von Wasser absorbiert – das macht sie augensicher, da das Wasser im Augapfel die Strahlung absorbiert, bevor sie die Stäbchen und Zapfen der Netzhaut beschädigen kann.

Wenn Ihre planetenbasierten Laser in den Durchlassbändern bei ~5,5 betrieben werden$\mu$m und ~6,5$\mu$m, wo die Dämpfung minimiert ist, würde die Energie mit minimalen Verlusten durch die untere Atmosphäre passieren und das Gesetz des umgekehrten Quadrats würde gebrochenes Licht sowohl durch die Atmosphäre als auch durch viskose Gänsehaut im Auge zu stark schwächen, um das Sehen eines Passanten zu beeinträchtigen.

Das heißt, die Lasersysteme würden entweder auf Bergen arbeiten wollen – um die Dichte und Absorption der Atmosphäre zu verringern – oder an trockenen Orten mit niedrigem atmosphärischem Wassergehalt. Diese beiden Bedingungen maximieren die Kraftübertragung auf das Ziel.

Es gäbe auch einige Bedenken hinsichtlich Staub, da er Energie absorbieren und in verschiedenen Wellenlängen, die im UV-Bereich liegen könnten, aufflackern könnte. Denken Sie an thermalisierte Elektronen oder fluoreszierende Mechanismen – es gibt viele verfügbare Prozesse, um Materie dazu zu bringen, Photonen als Reaktion auf Energie zu erzeugen.

Diese Masterarbeit behandelt die Übertragung und Absorption von IR in der Atmosphäre, wenn Sie weitere Informationen wünschen.

Wie verhindert man, dass Millionen von Menschen erblinden, wenn sie versehentlich in den Himmel schauen?

Das wird wirklich offensichtlich sein, aber...

Wenn der Laser auf dem Boden ist und in den Himmel zeigt, bedeutet das, dass das Licht in den Himmel geht. Um von einem Laser geblendet zu werden, muss das Laserlicht in Ihren Augapfel gelangen. Das heißt, Sie müssen am Himmel sein und nicht nur in den Himmel schauen.

Es sei denn, der Laser wird versehentlich von einem Flugzeug reflektiert.

Richten Sie es also nicht auf Flugzeuge oder die ISS.