|
|
Опции темы | Опции просмотра |
|
26.12.2012, 07:47 | #1 |
Старожил
Регистрация: 18.08.2012
Адрес: Новосибирск
Сообщений: 122
|
Лазерная локация Луны
Суть - выявлено значительное расхождение (на несколько порядков) между расчётом и сообщаемыми результатами экспериментов по лазерной локации Луны.
По моим расчётам получается, что из лазерного импульса энергией 1 Дж для неодимового лазера (длина волны 1064 нм) от уголкового отражателя (УО) площадью 0.1 м2 (на "Луноходе") телескопом диаметром 2.6 м должно регистрироваться более 6000 фотонов, а в статьях, посвящённых лазерной локации Луны, сообщается об одном-единственном детектируемом фотончике на 20-30 имульсов. При этом расчётное значение количества фотонов, детектируемых просто от грунта, должно быть около 20. (Т.е. УО должен блестеть в 300 раз ярче просто грунта.) На мой взгляд, такое вопиющее расхождение между теорией и экспериментом можно объяснить, если предположить, что астрономы, проводившие эксперименты по лазерной локации Луны, просто забыли о том, что система "телескоп-Луна" не является инерциальной, а поэтому лоцировали на самом деле не УО, а просто лунный грунт. Дело в том, что Земля вращается вокруг своей оси, а Луна - вокруг Земли. (Точнее, вокруг центра масс системы Земля-Луна, но тут это уже неважно, поскольку можно смело пренебречь всеми эффектами, которые малы на масштабе времени 2.5 секунды, пока длится эксперимент по лазерной локации.) Это явление астрономам, разумеется, известно, для компенсации этого явления используется специальная система, поворачивающая телескоп синхронно с вращением Земли, компенсируя это вращение - изображение астрономических объектов при этом перестаёт "уползать" из поля зрения телескопа. Причём, для наблюдения Луны и звёзд используются разные значения этой компенсации. Так вот, когда всё идеально настроено - телескоп наведён точно на какой-то объект на Луне (УО), система компенсирует вращение Земли и Луны, изображение неподвижно - телескоп на самом деле направлен не на этот объект, а в точку, где был этот объект 1.25 секунды назад! Соответственно, если выпустить лазерный импульс в этом направлении, то, во-первых, мы прицелились уже с опозданием на 1.25 с, а во-вторых, пока луч лазера будет лететь до Луны, этот объект (УО) вместе с Луной ещё сместится на столько же. Следовательно, центр пятна, освещаемого лазером, окажется примерно на расстоянии 2.56 км (2 * 1.254с * 1.023 км/с) от цели (УО). Если мы сделаем луч лазера расходящимся с запасом, чтобы даже краем пятна "зацепить" УО, то фотоны, попавшие на УО, отразятся назад и попадут в телескоп, который за время путешествия лазерного импульса туда и обратно довернётся на нужный угол и фотоны будут обнаружены прилетевшими именно оттуда, куда телескоп был нацелен. Для этого нужно, чтобы диаметр пятна, освещаемого лазером на Луне, был более 5,12 км. Если же лазерный пучок достаточно расширен (борьба с дифракционным расхождением), то в идеале (с учётом неустранимых искажений луча в атмосфере) можно добиться расходимости луча около одной угловой секунды, что даёт на Луне пятно диаметром 0.6 км - луч просто не попадёт в УО, а, стало быть, будут зарегистрированы фотоны, отразившиеся от грунта, а не от УО. Чтобы луч лазера попал на УО - нужно прицеливаться лазером с упреждением на 2.508 секунды. Ни в одной статье, посвящённой лазерной локации Луны, об этом не упоминается. Более того, у меня сложилось впечатление, что луч лазера настраивается строго вдоль оси телескопа. Моя гипотеза заключается в том, что астрономы перестарались с сужением лазерного пучка, а необходимость прицеливаться с упреждением просто забыли учесть. Соответственно, лоцируют не УО, а грунт. С учётом разброса рельефа местности в пределах освещаемого пятна (метры, десятки метров, а то и больше!) получается расползание отражённого импульса на несколько наносекунд, а то и десятков наносекунд, а временнОй фильтр (Temporal filter) устанавливает очень узкое окно в доли наносекунд (борьба-то идёт за достижение сантиметровой и даже миллиметровой точности!). Отношение длительности этого окна к длительности принимаемого пучка как раз и даёт дополнительное ослабление - при такой гипотезе наблюдаемые результаты (1 детектируемый фотон на 20-30 "выстрелов") совпадают с теоретическим расчётом. |
26.12.2012, 09:46 | #2 |
Герой СтарЛаба
Регистрация: 19.06.2001
Адрес: Russia, SPb
Сообщений: 4,858
|
Re: Лазерная локация Луны
Размер сканирующего лазерного пятна на поверхности Луны примерно 5х5 км, так что его уход от мишени на 1.6 км из-за конечности света - не большая проблема.
В остальном - см. неплохую статью по теме http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NA...0902_57-66.PDF где в качестве само-собой разумеющегося упоминается и смещение цели из-за конечного времени распространения света. |
26.12.2012, 10:55 | #3 | |
Старожил
Регистрация: 18.08.2012
Адрес: Новосибирск
Сообщений: 122
|
Re: Лазерная локация Луны
Цитата:
(К сведению: я прочитал все статьи, посвящённые лазерной локации Луны, доступные в Интернете.) Форма освещаемого пятна на Луне - скорее круглая, нежели квадратная, поэтому правильнее было бы говорить о диаметре 5км, а не о размере 5х5 км. (из "Основы импульсной лазерной локации" В.И.Козинцев, М.Л.Белов, В.М.Орлов и др. под ред. В.Н.Рождествина) Диаметр 5 км - это радиус 2.5 км, т.е. ещё 600 метров не дотягиваем до УО. Да и диаметр 5 км - это больше 8 угловых секунд, что-то многовато... |
|
26.12.2012, 18:11 | #4 | |
Старожил
Регистрация: 18.08.2012
Адрес: Новосибирск
Сообщений: 122
|
Re: Лазерная локация Луны
Единственное сообщение, в котором указано число принятых фотонов, примерно совпадающее с теоретическим расчётом хотя бы по порядку величины - сообщение о лазерной локации УО, установленного на "Луноход-1".
Цитата:
|
|
26.12.2012, 21:12 | #5 | |
ЗАБЛОКИРОВАН
Регистрация: 17.02.2009
Адрес: +55º43'58" | +37º42'40"
Сообщений: 6,668
|
Re: Лазерная локация Луны
Цитата:
Поэтому в контексте данной дискуссии "размер" и "диаметр" это одно и то же. Учитывая же тот факт, что диаметр пятна примерно 2 раза больше предлагаемой Вами поправки, сама постановка проблемы выглядит, на мой взгляд, несколько надуманной. |
|
27.12.2012, 04:43 | #6 | |
Старожил
Регистрация: 18.08.2012
Адрес: Новосибирск
Сообщений: 122
|
Re: Лазерная локация Луны
Цитата:
Постановка проблемы крайне проста - расхождение теоретического расчёта с сообщаемыми в статьях цифрами на 4-5 порядков. В физике так давно уже не бывает. Надуманная тут только моя гипотеза, ну так всё очень просто - не нравится моя гипотеза - опровергните мою и дайте свою! Делов-то... |
|
27.12.2012, 06:47 | #7 | |
ЗАБЛОКИРОВАН
Регистрация: 17.02.2009
Адрес: +55º43'58" | +37º42'40"
Сообщений: 6,668
|
Re: Лазерная локация Луны
Цитата:
|
|
27.12.2012, 09:52 | #8 |
Герой СтарЛаба
Регистрация: 19.06.2001
Адрес: Russia, SPb
Сообщений: 4,858
|
Re: Лазерная локация Луны
2.5 км на Луне это угол менее 2" с точки зрения земного наблюдателя, по сравнению с конечными размерами приемника в фокусе телескопа - мало значимая величина. Так что телескоп можно наводить на точку где через секунду ожидается наличие отражателя, возвратный блик будет зафиксирован в двух угловых секундах от оси телескопа (очевидно, все еще в пределах приемника, даже если его расположить строго в центре поля зрения). Мне, очевидно, что в процессе локации направление телескопа не строго расчетное, а есть возможность поиграть его направлением добиваясь максимальной мощности возвратного блика. Оно и понятно - что такое 2 угл секунды, на фоне обычных весовых разъюстировок телескопа, которые измеряются на порядок большими величинами и которые надо как-то компенсировать практически при каждом использовании прецизионного угломерного инструмента столь большого веса и апертуры?
|
27.12.2012, 11:44 | #9 | |
Старожил
Регистрация: 18.08.2012
Адрес: Новосибирск
Сообщений: 122
|
Re: Лазерная локация Луны
Цитата:
Да, можно поиграться с настройками-юстировками, но это только гипотеза - об этом в статьях не упоминается, а самое главное - эта гипотеза не даёт ответа на вопрос "Почему публикуемые результаты на 4 порядка хуже теоретического расчёта?". |
|
27.12.2012, 12:37 | #10 |
ЗАБЛОКИРОВАН
Регистрация: 17.02.2009
Адрес: +55º43'58" | +37º42'40"
Сообщений: 6,668
|
Re: Лазерная локация Луны
Никто и никогда не затевал бы таких не слишком дешевых экспериментов, если бы все основные параметры не были просчитаны и как минимум оценены еще на стадии написания проекта. И все железо конструировалось (или выбиралось) на основе полученных чиселок. И мощность лазера, и размеры отражателя, и многое другое. Ошибка в 3-4 порядка, о которой тут говорится, почти наверняка привела бы к полному провалу эксперимента. И ее анализ в конце концов позволил бы обнаружить методические ошибки, если бы таковые имелись. Обычно это бывает так. И, более того, трудно себе представить, чтобы это могло было как-нибудь иначе.Иначе в этом мире вообще бы ничего не работало.
Но это, конечно, самый общий взгляд на проблему. Конкретное же решение для того, кто вообще видит здесь какую-то прблему, чрезвычайно просто: связаться с любой из экспериментальных групп (или с несколькими), попросить у них информацию о расчетах интенсивности отраженного светового потока и сравнить результаты этих расчетов со своими и с экспериментальными данными. И сразу станет ясно - кто прав, кто неправ и кто в чем ошибся. Вряд ли обсуждение на старлабском форуме может добавить какой-то ясности, поскольку людей, знакомых с тонкостями экспериментов такого рода, тут, мягко говоря, не очень много. Я, например, совершенно уверен, что эксперимент начинался с подстройки, заключавшейся в поиске положения лазера и телескопа, соответствующих максимальному уровню сигнала. Автор темы уверен, что нет. А вот авторы эксперимента точно знают ответ на этот вопрос. Так почему бы не спросить у них? Автор темы заявляет, что от лунного грунта света отразится и попадет на приемник на 3-4 порядка меньше света, чем от УО. А откуда эта цифра (1000-10000) взялась? Для того, чтобы ее вычислить, нужно хорошо знать как минимум: 1) Характеристики УО (никакой отражатель ведь не может быть сделан идеально и реальные УО вносят какой-то неизвестный нам вклад в расхождение пучка). 2) Характеристики лазера, в том числе и диаграмма направленности. 3) Усредненное альбедо лунного грунта на площадке диаметром 5 км вокруг данного УО. 4) Диаграмму рассеяния света от лазера лунным грунтом (скорее всего, рассеяние будет изотропным, но черт его знает). Максимально точной и исчерпывающей информацией по п.1 и п.2 безусловно располагают только авторы эксперимента. Если к делу подходить серьезно, то стооило бы, по-моему, такие данные у них запросить. И так далее... |
Опции темы | |
Опции просмотра | |
|
|
Похожие темы | ||||
Тема | Автор | Раздел | Ответов | Последнее сообщение |
Лунный вестник .. | Silvester | Астрономический наблюдательно-информационный портал | 161 | 06.03.2014 10:05 |
Обзоры астро-книг на русском | Olegus | Полезное для астрономии | 30 | 20.09.2012 10:38 |
Журнал наблюдений Луны | XRUNDEL | Астрономическая фотография | 7 | 30.12.2006 12:59 |
ТОЧНЫЕ данные солнца и луны для Москвы? | Игорь_Люберцы | Общий форум любителей астрономии | 0 | 11.02.2005 20:12 |