نور لیزر تا کجا می تواند حرکت کند؟

آیا تاکنون با یک مدا لیزری جیبی بازی کرده اید؟ برای شما شگفت آور است که تا کجا نور این لیزر حرکت می کند؟!! آیا این نور می تواند تا مریخ نیز برود؟
پاسخ سریع به این سوال، منفی است. با گذر زمان، نور در نهایت به مریخ می رسد. درخشش آن در حقیقت یک میلیون بار ضعیف تر از کم نورترین نوری است که بوسیله ی چشم انسان قابلیت رویت دارد. ضعیف ترین نور مرئی که بوسیله ی چشم غیر مسلح قابلیت رویت دارد، در حدود یک میلیاردیم وات بر متر مربع می باشد. به هر حال، با وجود آلودگی نوری شهری، معمولا یک فرد نمی تواند ستاره هایی را مشاهده کند که ضعیف تر از ستاره ی شمالی هستند. اما نیازی نیست که حرف ما را باور کنید، تنها با محاسبه ی ریاضی می توان این مسئله را متوجه شد.
با الهام گرفتن از یک سخنرانی در جلسه ای که در مورد امکان تشخیص فوتون ها از سرزمین های دور بود، برخی محاسبات بوسیله ی ما انجام شد و بدین صورت بررسی شد که آیا فوتون های آمده از زمین، در سیاره ای مثل مریخ، قابلیت مشاهده دارد یا نه؟
تمام ما نیازمند معادله ای هستیم که بوسیله ی آن بتوانیم نحوه ی گسترش سریع لیزر در داخل فضا را محاسبه کنیم. از این معادله، ما می توانیم از هندسه های ساده برای محاسبه ی قطر باریکه در زمانی برخورد به هدف، استفاده کنیم. در نهایت، ما می توانیم خروجی توان لیزر را بوسیله ی مساحت نهایی باریکه ی نوری محاسبه کنیم. این نشاندهنده ی این است که شدت لیزر در مقصد، چگونه است. در حالی که نحوه ای که درخشش این نور بوسیله ی انسان مشاهده می شود، بسیار کمتر است. بنابراین، به منظور نیل به این هدف، ما روشنایی و شدت نور را محاسبه کردیم.

محاسبات ریاضی

ما تنها به سه معادله ی ساده برای تمام محاسبات خود نیازمندیم. اولین مورد اگر ما فرض کنیم که لیزر به گونه ای بهینه سازی شده است که زاویه ی گسترش آن میزان مینیمم تئوری آن است، پس ما می توانیم انحراف باریکه را با استفاده از معادله ی زیر بدست آوریم:
(طول موج لیزر) / (پی ضربدر اندازه ی منفذ خروجی لیزر)
پس هندسه ی این بخش خروجی به ما در مورد اندازه ی نهایی باریکه در مقصد، کمک می کند.
پی ضربدر (انحراف باریکه در شعاع ضربدر فاصله) (به توان دو)
در نهایت، درخشش در مقصد، با تقسیم کردن توان خروجی لیزر بر مساحت نقطه ی نوری، تعیین می شود.
(توان لیزر)/ (اندازه ی نقطه ی نوری)
اگر شما در محاسبات خود اشتباه نکنید و همه چیز را به درستی استفاده کنید و واحدهای مربوطه را نیز به درستی انتخاب کنید، در نهایت، به نتیجه ی درست می رسید.
ضعیف ترین نور مرئی که بوسیله ی چشم غیر مسلح قابلیت رویت دارد، در حدود یک میلیاردیم وات بر متر مربع می باشد. به هر حال، با وجود آلودگی نوری شهری، معمولا یک فرد نمی تواند ستاره هایی را مشاهده کند که ضعیف تر از ستاره ی شمالی هستند. شدت نوری ستاره ی شمالی، در حدود 4 میلیاردیم وات بر متر مربع است. برای مقایسه باید گفت که: ماه کامل دارای شدت نوری یک میلیون برابر در مقیاس یک هزارم وات بر متر مربع می باشد. در نهایت، خورشید دارای شدت 1000 وات بر متر مربع می باشد که در واقع یک دوم میلیون برابر درخشش ماه است.

اشاره گرهای لیزری جیبی

توان یک اشاره گر لیزری، در حدود 0.005 وات است. به هر حال، به دلیل مسیر باریک مربوط به باریکه ی لیزری، اگر شما اشاره گر را به صورت مستقیم بر روی چشم خود قرار دهید، درخشش آن می تواند 30 برابر درخش خورشید باشد. البته هیچگاه در خانه این کار را تجربه نکنید زیرا موجب آسیب دیدن چشم شما می شود.
البته هنوز هم باریکه ی بسیار نازک می تواند تا مسافت های دور دست، حرکت کند. در واقع این فاصله در حدود 100 ها متر دورتر می باشد. در حقیقت این باریکه 100 برابر وسیع تر است و درخشش آ ن 100 برابر درخشش نور لامپ می باشد. با فرض اینکه هوا صاف باشد و هیچ ابر یا دودی وجود نداشته باشد، لیزر جیبی می تواند یک چهارم ماه، درخشش داشته باشد. از این رو، از ایستگاه فضایی، این لیزر می تواند مشابه ستاره ی کاروان کش در صورت فلکی کلب اکبر، مشاهده شود.

قاتل موشکی نیروی دریایی

نیروی دریایی ایالات متحده ی آمریکا، چیزی را دارد که ما نیاز داریم. با توجه به گزارش های اخیر، هدف کنونی آنها توسعه ی لیزری است که بتواند هم برای کارهای لوجستیکی و هم برای کاربردهای نظامی، مورد استفاده قرار گیرد. این لیزر باید دارای توان 500000 وات باشد و میزان قدرت آن 100 میلیون برابر لیزرهای جیبی باشد که در اختیار شماست. این لیزرها به صورت نمونه وار در طیف نوری فروسرخ کار می کنند که در حقیقت برای انسان قابلیت رویت دارد. اما برای انجام این کار، ما فرض می کنیم که هم ستاره ی زمینی و هم فرد مشاهده کننده در مریخ، بتواند نور فروسرخ را رویت کند.

بیشتر بخوانید: خواص نور لیزر و کاربردهای آن

لیزرهای مورد استفاده در سلاح ها نیز دارای منفذ خروجی بزرگتری هستند که در حقیقت این مسئله موجب می شود تا باریکه ی لیزری در مسافت های کمتر گسترش یابد. بنابراین، قابلیت باریکه برای حفظ شدت خود در فواصل دورتر، بهبود می یابد.
به دلیل وجود حفره ی خروجی بزرگتر در این لیزر، اگر لیزر مربوط به سلاح در ماه قرار داشته باشد، نقطه ی هدف آن در حدود 1.5 مایل قابلیت رویت دارد. برای مقایسه، باید گفت که نقطه ی قرمز رنگ اشاره گر لیزری جیبی، در زمان برخورد به ماه، دارای عرض 8 مایل می باشد.
اگر شما بتوانید نور فروسرخ را مشاهده کنید و روی ماه ایستاده باشید، و نور لیزر سلاح گفته شده، از زمین به سمت شما حرکت کند، درخشش آن 30 برابر بیشتر از خود زمین است. این درخشش واقعا زیاد است اما نه به طرز قابل توجهی. این درخشش یک هزارم درخشش مربوط به خورشید از روی زمین است.
وقتی این پرتو به مریخ برسد، اگر ما فرض کنیم که کوتاه ترین فاصله میان خورشید و این سیاره وجود دارد (حدود 34 میلیون مایل)، نور فرمز لیزر حدود 200 مایل آن طرف تر است. نور آن نیز هنوز قابل توجه است و میزان درخشش آن نصف درخشش پر نورترین ستاره ی آسمان است.

قوی ترین لیزری که تاکنون ساخته شده است

چندین گروه تحقیقاتی در دنیا، لیزرهای بزرگ تولید کرده اند که دارای توان هزاران تریلیون وات است. به عبارت دیگر، این لیزرها، دارای توانی یک میلیون تریلیون برابر لیزرهای جیبی هستند.
اگر این لیزر به صورت پیوسته کار کند، در عرض چند ثانیه، می تواند کل انرژی دنیا را مصرف کند. خوشبختانه، تنها دلیلی که این لیزرها می توانند به یک چنین توان شدتی برسند، این است که آنها در بازده های زمانی بسیار کوتاه متمرکز می شوند که در واقع بسیار کمتر از یک تریلیونیوم ثانیه می باشد. پالس های لیزری کوتاه این لیزرها می توناد بر روی نقاطی متمرکز شود که در فاصله ی چند ده هزار متری قرار دارند. درخشش این لیزرها 10 تریلیون ببرابر بیشتر از درخشش خورشید است. این لیزرها به حدی قوی هستند که از آنها برای بررسی فضاهای خالی استفاده می شود تا بدین صورت از قوانین اساسی مربوط به دنیای ما، اطلاعات بدست آید.
چه اتفاقی می افتد اگر ما بخواهیم این لیزر را تنها برای تفریح استفاده کنیم و یا بخواهیم به مهاجمان فضایی شلیک کنیم؟ یکی از محدودیت های اصلی این لیزرها، تولید نور فرابفنش می باشد که بیشتر آن بوسیله ی جو زمین جذب می شود. اگر ما بخواهیم این لیزرها را در فضا منتشر کنیم، باید سیستم لیزر را در فضا بسازیم.
برای زمان های بسیار کوتاه، ما می توانیم با یک لیزر به سمت مریخ شلیک کنیم و این نور، حاوی نوری فرابنفشی است که شدت آن هزاران برابر شدت نور خورشید است و می تواند تا 150 مایل نیز حرکت کند.
بدبختانه، همانطور که هم اکنون می دانیم، هیچ مرد سبزی در مریخ و یا بخش های دیگر منظومه ی ما زندگی نمی کند. هزاران کاوش در سطح منظومه ی شمسی انجام شده است و در صورتی که حیات در سیاره ای از منظومه ی شمسی وجود داشت، حتما تشخیص داده می شد.
پروکسیما سنتوری (نزدیک ترین ستاره به خورشید) که در حقیقت در فاصله ی 4 سال نوری از خورشید قرار دارد، دارای چند سیاره است. اگر ما قوی ترین لیزر خود را در آنجا داشتیم، این ستاره درخشنده تر به نظر می رسید. بنابراین، 4 سال پس از شلیک لیزر در این ستاره، ما می توانستیم جرقه ی ناشی از لیزر را تشخیص دهیم و بگوییم: وای اون چی بود؟
استفاده از مطالب این مقاله با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع تحقیق :
https://www.insidescience.org