Ist dieses bei Big Bang Theory gezeigte Laserexperiment möglich?

Wenn Sie sich das sachlich ansehen ... na ja ... ich meine, SEHEN Sie sich diese ganze Sache tatsächlich an. Worte werden dem nicht gerecht.

Umringt von Fußspuren, im Mondstaub, liegt eine 2 Fuß breite Platte, die mit 100 Spiegeln besetzt ist, die auf die Erde zeigen: das "Mond-Laser-Ranging-Retroreflektor-Array". Die Apollo-11-Astronauten Buzz Aldrin und Neil Armstrong brachten es dort am 21. Juli 1969 an, etwa eine Stunde vor dem Ende ihres letzten Mondspaziergangs. 35 Jahre später ist es das einzige Apollo-Wissenschaftsexperiment, das noch läuft.

Lesen Sie mehr in einem NASA-Blogpost von 2004 .

Also ... wenn wir die Tatsache in Betracht ziehen, dass derzeit auf dem Mond ein Spiegel-Rig aufgebaut ist, von dem wir Laser abprallen lassen, würde dies bedeuten, dass NASA-Wissenschaftler geplant hatten, irgendwann Laser darauf zu richten. Höchstwahrscheinlich planten sie, es von der Erde aus zu tun, obwohl wer weiß, ob sie Satelliten in die Umlaufbahn bringen wollten, die regelmäßig auch den Mond "pingen" würden.

Ist es also möglich? Ich müsste ja gehen, da die NASA es schon ein paar Mal gemacht hat. Tatsächlich ... hier ist ein Bild des Lasers am McDonald-Observatorium in Aktion.

Nun .... Ich verstehe, dass die Frage war, ob es möglich ist , dieses Experiment mit "niedriger Leistung" und kostengünstiger Ausrüstung durchzuführen. Ich gehe davon aus, dass die NASA dies mit verschiedenen Ausrüstungskonfigurationen versucht hat, ob jedoch eine dieser Konfigurationen als kostengünstig und / oder "niedriger Stromverbrauch" angesehen wird, liegt bei der Person, die die Berichte liest. Ich würde mir vorstellen, dass es tatsächlich möglich ist, das Experiment mit Geräten nachzubilden, die einem Bruchteil der Kosten und der Leistung des McDonald Observatory-Setups entsprechen würden ... ob irgendjemand es immer noch für billig und schwach halten würde, ist eine andere Geschichte .

So stelle ich es mir jedenfalls vor. Die Frage wurde aber schon mal gestellt. Und aus der Antwort geht hervor, dass die Kosten für die Ausrüstung sie immer aus der Amateurkategorie herausbringen würden.

Vielleicht! Tatsächlich ist Ihre Schätzung von einem Photon aus Milliarden äußerst optimistisch; Das beste Mondentfernungsexperiment, das je gebaut wurde (Apache Point Observatory Lunar Laser-Ranging Operation, APOLLO) sendet 300 Billiarden Photonen pro Impuls aus (115 mJ/Impuls eines 532-nm-Lasers) und kann durchschnittlich 3 Rückstrahlphotonen pro Impuls erkennen , wenn Es ist auf den Apollo 15-Reflektor gerichtet (der größte und daher hellste verfügbare). Das ist ein Photon von 10^16, das tatsächlich zurückkommt – weniger, wenn Sie einen der kleineren Reflektoren verwenden, und weniger, wenn die Bedingungen (Mondposition, atmosphärische Stabilität usw.) nicht perfekt sind. Und doch entspricht diese Rate 3.000–4.000 reflektierten Photonen, die pro Minute detektiert werden, was eine enorme Verbesserung gegenüber früheren Instrumenten darstellt.

Was zu meinem Punkt kommt – Experimente zur Entfernungsmessung auf dem Mond begannen vor 50 Jahren, als die Technologie noch nicht so weit fortgeschritten war wie heute. Damals hatten sie das Glück, ein Photon pro Minute eines echten Signals zu erhalten, aber es war immer noch genug, um damit Wissenschaft zu betreiben, wenn man es eine Weile laufen ließ.

Ist es also plausibel, dass ein Dachexperiment 1/4000 so gut sein könnte wie die Operation Apache Point? Nun, wahrscheinlich nicht. Das Teleskop sollte größer sein und der Standort sollte abseits der Stadt sein, in den Bergen und nicht auf einem Gebäude. Aus Kostengründen bräuchten Sie das Teleskop, einen Impulslaser (nur etwa ein Watt im DurchschnittKraft, aber in kurze, intensive Pulse komprimiert, um das Signal über dem Rauschen hervorzuheben; ein normaler Laserpointer reicht nicht aus), ein Avalanche-Fotodiodendetektor, eine Halterung, die den Laser und das Teleskop auf Bogensekunden genau ausrichten kann, ein guter Zeit-Digital-Konverter, ein Haufen leicht exotischer Elektronik und ein Computer oder zwei. Aber weißt du was? Ich denke, es könnte tatsächlich mit einem Budget von etwa 5.000 US-Dollar machbar sein, wenn jemand über die richtigen technischen Fähigkeiten und viel Engagement und Zeit verfügt, um in das Projekt zu investieren. Für Fernsehzwecke können wir einige dieser Dinge bei Bedarf per Hand wegwinken. Aber ich würde gerne jemanden sehen, der dies im wirklichen Leben nachahmt!

Es überrascht nicht , dass es dafür ein entsprechendes XKCD gibt!

Der typische rote Laserpointer hat etwa 5 Milliwatt, und ein guter hat einen Strahl, der eng genug ist, um den Mond tatsächlich zu treffen – obwohl er über einen großen Teil der Oberfläche verteilt wäre, wenn er dort ankommt. Die Atmosphäre würde den Strahl ein wenig verzerren und einen Teil davon absorbieren, aber das meiste Licht würde es schaffen.

Es scheint also, dass dieses Experiment realisierbar ist. Die Messwerte sind vielleicht nicht unglaublich genau, aber zum größten Teil hängt diese Art von „Garagenwissenschaft“ eher vom Coolness-Faktor ab, als in der Lage zu sein, dies zu tun, und nicht von der Präzision, die Sie dadurch erhalten.

Denken Sie auch daran, dass Sheldon & Co Zugang zu überdurchschnittlicher Ausrüstung haben, wahrscheinlich aufgrund ihrer Jobs in den naturwissenschaftlichen Fakultäten der Universität (insbesondere Howard als Ingenieur). Howard wird wahrscheinlich Zugang zu besserer Ausrüstung haben oder die Fähigkeit haben, bessere Ausrüstung als ein durchschnittlicher Rotpunktlaser herzustellen.

Es wäre auch nicht so teuer , einen besseren Laser zu kaufen, besonders wenn sie die Kosten teilen würden. Laut demselben XKCD-Artikel kostet ein 1-Watt-Laser (der 200-mal so stark ist!) rund 300 US-Dollar.

Wenn ein billiger Rotpunktlaser es bereits größtenteils bis zum Mond schafft, liegt es nahe, dass deren deutlich professioneller aussehende Ausrüstung noch bessere Ergebnisse liefern kann.

Die NASA hat ein Experiment durchgeführt und es gibt mehr als einen Satz Spiegel auf dem Mond, sie haben Laser von der Erde zum Mond geworfen; Es testete Einsteins spezielle Relativitätstheorie und maß die Entfernung zwischen Erde und Mond. In den 40 Jahren, in denen das Experiment lief, konnten sie feststellen, dass sich der Mond jährlich mit einer Geschwindigkeit von 3 Zoll von der Erde entfernt. Es bewies auch dass Einstein Recht hatte und die spezielle Relativitätstheorie funktionierte, dies half uns auch zu verstehen, wie die Zeit in der Schwerelosigkeit anders ist; es war eine große Errungenschaft auf dem Gebiet der Physik und hat das menschliche Verständnis und die Technologien stark vorangebracht, deshalb haben wir die ISS in Low Schwerkraftbahn.

Das Experiment ist sehr einfach zu duplizieren, besonders wenn jemand Zugang zu einem Hochleistungs-Plasmalaser hat, wie ihn ein Universitätslabor haben würde; Ganz ehrlich, es ist eine Fernsehsendung mit kleinem Budget, alles, was Sie brauchen, sind die Koordinaten und ein Verständnis der Trigonometrie. Ich weiß, dass sie echte Physiker verwenden, um der Show eine Authentizität zu verleihen; Es ist also möglich, dass sie authentische Ausrüstung verwendet haben, um das Experiment glaubwürdig zu machen, obwohl ich nicht sicher bin, ob die verwendete Ausrüstung tatsächlich in der Lage ist, genaue Ergebnisse zu liefern.

https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2004/21jul_llr