Jitter beim Timing von Photonen von Corner-Cube-Retroreflektor-Arrays auf dem Mond; Kommt jeder aufgezeichnete Puls von einem einzigen Würfel?

Diese Antwort auf Was genau ist ein „Mondreflektor der nächsten Generation“? Unterschied in Design und Leistung? zitiert Next Generation Lunar Retroreflectors Should Fly Soon (veröffentlicht in der Zeitschrift Forbes) und in einem anderen Abschnitt dieses Artikels heißt es:

Die Apollo-Retroreflektoren bestehen aus entweder 100 oder 300 einzelnen Glaseckwürfel-Retroreflektoren (CCRs), die an einem Metallrahmen befestigt sind, sagt Currie. Aber dieses Design aus der Apollo-Ära passt nicht gut zu den präziseren, thermisch stabileren, hochmodernen Laser- und Timing-Technologien von heute, sagt Currie, der an der Entwicklung der Apollo-Retroreflektoren mitgewirkt hat.

Erdgestützte Laser treffen nur einen dieser Eckwürfel aus der Apollo-Ära, und es ist unmöglich zu wissen, welcher. Das führt zu Ungewissheit bezüglich der genauen Position des Würfels auf dem Mond. Daher ist das Timing der Laser-„Rückkehr“ vom Mond zur Erde unter Verwendung der alten Apollo-Retroreflektoren in ihrer Präzision eingeschränkt.

Meine Frage ist nicht , ob es eine gute Idee ist, etwas über Physik zu lernen, indem man Artikel in Forbes liest, es geht um die Physik hinter dem Bit „Erdbasierte Laser treffen nur einen dieser Eckwürfel aus der Apollo-Ära ...“.

Das Retroreflektor-Array besteht aus einer großen Anzahl diskreter Reflektoren, und obwohl sich die Astronauten Mühe gegeben haben, das Array senkrecht zur durchschnittlichen Richtung zur Erde auszurichten, ist es nicht perfekt. Die Reflexion über einen Reflektor kann ziemlich kohärent sein, aber zwischen jedem und den anderen gibt es Verzögerungen von Millimetern oder sogar Zentimetern.

Mein Problem besteht darin, zu verstehen, was in diesem Fall beim Zählen und Messen der Ankunftszeit von Photonen passiert. Es ist ein gepulster Laser und die meisten Pulse führen entweder zu null oder zu einem Photon, das in einer Photomultiplier-Röhre aufgezeichnet wird.

Ist es wirklich vernünftig, sich vorzustellen, dass das Photon von einem der vielen Eckwürfel gestreut wurde, oder sollten wir uns vorstellen, dass das ankommende Photon von der durchschnittlichen Entfernung aller Würfel reflektiert wurde, da die einfallende Welle alle Reflektoren mit demselben beleuchtet? Amplitude?

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Von https://space.stackexchange.com/q/14943/12102 (zum Vergrößern anklicken)

Sie können mehr über die tatsächlichen Retroreflektor-Arrays auf dem Mond und die präzisen Entfernungsmessungen in lesen

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Antworten (1)

Da die Größe jedes Würfels viel kleiner ist als der beugungsbegrenzte Fleck von der Laser/Teleskop-Kombination, und weil tatsächlich das gesamte Array viel kleiner als der beugungsbegrenzte Fleck ist, ist jedes Photon von der Quelle eine Wellenfunktion, das heißt verteilt über das gesamte Array und darüber hinaus. Das heißt, solange es nichts zu begrenzen oder zu messen gibt, von welchem ​​Würfel ein Photon reflektiert werden kann, ist es quantenmechanisch unmöglich zu wissen, von welchem ​​Würfel ein auf der Erde empfangenes Photon reflektiert wurde. Das wiederum bedeutet, dass es von allen reflektiert wurde.

Der hier beobachtete Jitterbetrag ist geringer als die Dauer des Laserpulses, kann also vollständig der Unsicherheit darüber zugeschrieben werden, welcher (zeitliche) Teil des Pulses das empfangene Photon enthielt.

Jitter beim Timing von Photonen von Corner-Cube-Retroreflektor-Arrays auf dem Mond; Kommt jeder aufgezeichnete Puls von einem einzigen Würfel?
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