Лазерная указка

ВОПРОС: А что, если все люди на Земле одновременно направят на Луну лазерные указки? Изменит ли она свой цвет?

– Питер Липовиц

ОТВЕТ: Нет, если речь идет об обычной указке.

Во-первых, следует учесть, что не все мы видим Луну одновременно. Поскольку примерно 75 % населения Земли живет между нулевым и 120-м меридианом, идеальное положение Луны для нашего эксперимента где-то над Аравийским морем.

Какую луну выбрать – новую или полную? С одной стороны, луна в новолуние гораздо темнее, и свет наших лазеров было бы проще заметить. Но с другой стороны, такая луна – сложная мишень, поскольку видно ее в основном днем, а значит, результат наших усилий практически не будет виден.

Давайте лучше возьмем фазу четверти луны, чтобы можно было сравнивать эффект наших лазеров на темной и светлой стороне.

Это наша мишень

Обычная красная лазерная указка имеет мощность примерно в 5 милливатт, так что ее свет вполне сможет достичь Луны, хотя и рассеется по достаточно большому участку лунной поверхности. Земная атмосфера немного исказит луч и частично поглотит его, но большая часть света все же достигнет цели.

Давайте предположим, что все мы достаточно меткие, чтобы вообще попасть в Луну, но не все попадем в одно и то же место, так свет распределится по поверхности равномерно.

В 00:30 по Гринвичу все прицеливаются и нажимают кнопку!

Вот что произойдет.

Что ж, довольно обидно… Но такого результата и следовало ожидать. Солнце освещает Луну с мощностью, превышающей киловатт на квадратный метр. Поскольку площадь экваториального сечения Луны составляет около 10?? м?, ее омывает примерно 10¹⁶ ватт солнечного света то есть 10 петаватт, или 2 мегаватта на каждого жителя Земли, что намного превышает мощность наших 5-милливаттных лазерных указок. В каждой части этих расчетов есть некоторые неточности, но в целом соотношение именно таково.

Лазер мощностью в 1 Вт – очень опасная вещь. Он не просто способен ослепить вас, он может обжечь кожу и даже поджечь окружающие предметы. Совершенно логично, что его нет в свободной продаже в США… Шучу-шучу! Есть, конечно, и стоит он всего 300 долларов.

Итак, предположим, мы потратили два миллиарда долларов, чтобы купить каждому жителю Земли зеленый лазер мощностью 1 Вт. (Примечание для кандидатов в президенты – подобный пункт в Вашей программе помог бы Вам получить мой голос.) Этот лазер не просто более мощный, чем лазерная указка, – зеленый цвет находится ближе к середине видимого спектра, поэтому глаза воспринимают его лучше, и он кажется более ярким.

Вот какой будет эффект.

Упс!.. Наши лазерные указки посылают 150 люменов света (больше, чем фонарики), и ширина их луча составляет 5 угловых минут. Такой луч осветит поверхность Луны лишь примерно на ? люкса (лк) по сравнению с освещенностью в 130 000 лк, которую обеспечивает нашему спутнику Солнце. Даже если все мы прицелимся с идеальной точностью, это даст нам дополнительно всего лишь около 5 лк на примерно 10 % поверхности Луны.

Для сравнения – полная Луна освещает поверхность Земли примерно на 1 лк. Это значит, что действия наших лазеров не видно не только с Земли: даже стоящему на Луне астронавту отсвет земных указок на лунной поверхности показался бы более слабым, чем лунный свет на Земле.

В последнее десятилетие с развитием литиевых батарей и светодиодов появилось очень много самых разнообразных фонарей, но очевидно, что карманный фонарик нам в любом случае не поможет. Так что пропустим все это и выдадим каждому участнику проекта устройство Nightsun.

Название может показаться вам незнакомым, но есть шанс, что вы видели это устройство в действии: так называются прожекторы, которые установлены на вертолетах полиции и береговой охраны. Испуская 50 000 люменов света, они вполне способны превратить ночь в день.

Луч такого устройства имеет угловую ширину несколько градусов, так что нам понадобятся фокусирующие линзы, чтобы сузить его до половины градуса, необходимой, чтобы попасть в Луну.

Вот полученный эффект.

Его почти не видно, но все же прогресс есть! Луч лазера дает освещенность в 20 лк, то есть он ярче, чем темная половина лунного диска. Однако разглядеть это очень сложно, и мы точно не увидим никаких следов луча на светлой половине Луны.

Давайте заменим каждый Nightsun на проектор IMAX 30 000-ваттную пару ламп с системой водяного охлаждения, которые вместе выдают более миллиона люменов.

И все равно едва заметно… На крыше отеля «Люксор» в Лас-Вегасе стоит самый мощный проектор на Земле. Давайте выдадим такой же каждому участнику нашего эксперимента.

Ах да, и добавим линзы, чтобы весь луч фокусировался именно на Луне.

Наш свет теперь точно виден, так что мы достигли своей цели. Поздравляю команду.

Кхм… Вообще-то министерство обороны США в свое время проектировало мегаваттные лазеры для уничтожения боеголовок в полете. Таким был Boeing YAL-1–химический кислородно-йодный мегаваттный лазер, который устанавливали на самолете Boeing-747. Это инфракрасный лазер, так что мы не увидим его луча, но давайте вообразим, что существует лазер аналогичной мощности, излучающий свет в рамках видимого спектра.

Наконец-то нам удалось сравняться с яркостью солнечного света! Правда, мы потратили на это пять петаватт энергии, что вдвое больше, чем в среднем тратит человечество за то же самое время.

Ладно, давайте установим по мегаваттному лазеру на каждом квадратном метре территории Азии. Правда, ради поддержания работы 50 миллиардов лазеров придется израсходовать все запасы нефти на Земле примерно за две минуты, зато в течение этих двух минут Луна будет выглядеть так:

Луна будет казаться такой же яркой, как полуденное солнце, и к концу этих двух минут лунная поверхность разогреется настолько, что начнет светиться сама.

Что ж, сделаем еще один уверенный шаг за пределы правдоподобия. Самый мощный лазер на земле находится в National Ignition Facility – лаборатории по исследованию управляемой термоядерной реакции. Это ультрафиолетовый лазер с мощностью 500 тераватт. Он испускает отдельные импульсы продолжительностью по несколько наносекунд, так что энергия одного импульса будет равна энергии, которую можно получить при сжигании примерно четверти стакана бензина.

Представим, что мы каким-то образом нашли способ заставить этот лазер постоянно работать, выдали каждому жителю Земли по экземпляру устройства и одновременно направили бы все эти устройства на Луну.

К сожалению, такой поток энергии обратит атмосферу на пути луча в плазму, которая немедленно подожжет поверхность Земли и убьет нас всех. Но давайте предположим, что этот лазер как-то умудряется проходить через атмосферу Земли, не взаимодействуя с ней.

Но даже при этих условиях, как выясняется, Земля все равно загорится. Свет, отраженный от Луны, будет в 4000 раз ярче света полуденного солнца. В таком сиянии океаны Земли выкипят меньше чем за год.

Но забудем на минуту о Земле. А что же будет с Луной?

Давление света ускорит вращение Луны примерно на одну десятимиллионную часть ее гравитационной силы. Это ускорение будет не слишком заметно в краткосрочной перспективе, но со временем его хватит, чтобы Луна переместилась на более высокую орбиту вокруг Земли…

…Но если бы давление света было бы единственным фактором, который повлияет на Луну!

Сорока мегаджоулей энергии достаточно, чтобы испарить килограмм скальной породы. Если предположить, что лунная порода имеет среднюю плотность 3 кг/л, то лазеры дадут достаточно энергии, чтобы поверхность нашего спутника начала испаряться и на ней образовался бы кратер, глубина которого будет увеличиваться со скоростью четыре метра в секунду:

Однако в реальности лунная порода будет испаряться не так быстро по очень важной причине: испарившийся камень не исчезает в небытие. Поверхность Луны превратится в плазму, и эта плазма перекроет путь лучу. Наш лазер будет вливать все больше энергии в плазму, нагревая ее все больше и больше. Частицы плазмы будут сталкиваться, отскакивать друг от друга, врезаться в поверхность Луны и в конце концов с потрясающей скоростью вылетят в космос.

Этот поток вещества по сути превратит всю поверхность Луны в ракетный двигатель, причем на удивление эффективный. Использование лазеров с целью удаления материала с поверхности называется лазерной абляцией, и этот метод весьма перспективен с точки зрения перемещения космических кораблей.

Луна огромна, но каменная плазма начнет медленно и неуклонно отталкивать ее от Земли (этот выброс также отдраит дочиста поверхность Земли и уничтожит, в том числе, и все лазеры, но мы пока притворяемся, что нам ничего не грозит). Одновременно плазма будет уничтожать и лунную поверхность, и это сложное взаимодействие нелегко смоделировать.

Но если предположить, что частицы плазмы отлетают от Луны со скоростью 500 км/с, потребуется несколько месяцев, чтобы Луна вышла за пределы действия наших лазеров. Наш спутник сохранит большую часть своей массы, но выйдет за пределы гравитации Земли и перейдет на асимметричную орбиту вокруг Солнца.

Технически Луна не станет новой планетой, если брать определение Международного астрономического союза. Поскольку ее новая орбита будет пересекаться с земной, она будет считаться карликовой планетой, как Плутон. Пересечение орбит Луны и Земли вызовет периодические непредсказуемые колебания. В конце концов Луна может упасть на Солнце, вылететь за пределы Солнечной системы или врезаться в одну из планет – весьма вероятно, нашу.

Вот что я называю настоящей мощностью!