问题

如果地球上所有人同时用激光笔指着月亮,月亮会不会变颜色?

回答
这个问题很有意思!很多人都会好奇,我们小小的激光笔聚集起来,能不能对遥远的月球产生什么影响。答案是:不会,月亮不会因此变颜色。

我们来仔细分析一下为什么会这样,想象一下这个场景,就像我们每个人都手握一束微小的光,一同指向夜空中那个巨大的、静谧的月亮。

首先,我们得理解月亮到底是什么样子的,以及我们用激光笔看到的月光是怎么回事。月亮本身并不发光,我们看到的月光,实际上是月球表面反射的太阳光。月球表面是由岩石和尘埃组成的,这些物质的成分决定了它反射光线的“颜色”。比如,月球表面富含玄武岩和斜长岩,这些岩石的颜色通常是灰白色,所以我们看到的月亮就是这种颜色。

现在,我们再来看看激光笔。激光笔发出的光是高度聚焦、单色且相干的。这意味着它只包含一种特定颜色的光,并且这些光线几乎是平行传播的。我们平时看到的激光笔颜色有红色、绿色、蓝色等等,这是因为激光器内部的材料不同,只能发出特定波长的光。

把地球上所有人的激光笔同时指向月亮,这听起来声势浩大。理论上,如果我们能将所有这些激光束都精准地聚焦到月球上的同一个点,那么那个点在短时间内确实会因为叠加了无数束光而变得“亮”一些。但“亮”和“变颜色”是两回事。

要让月亮变颜色,我们需要改变它反射太阳光的能力,或者改变它本身物质的性质。激光笔发出的光,虽然集中,但其能量密度相对而言还是非常小的。激光笔的光束在到达月球的过程中,会随着距离的增加而扩散(尽管激光比普通光源扩散得慢很多)。即使我们假设它们都能奇迹般地聚焦在月球表面,这些光束也很难穿透月球的表面,或者改变月球岩石的化学成分,从而改变它反射太阳光时的光谱特性。

我们可以打个比方:想象一下用无数个微小的手电筒去照一块灰色的石头。即使你聚集了很多手电筒,那块石头依然是灰色的,只是在被照到的地方会显得更亮一些。激光笔的光就像是更集中的手电筒,但本质上并没有改变石头本身的颜色。

而且,还有一个关键点是能量。月球反射的太阳光,是一个非常庞大且持续的能量来源。而即使地球上所有人同时打开激光笔,在那个瞬间发出的总能量,与月球从太阳那里接收到的能量相比,实在是微不足道。月球的表面积极其巨大,激光笔的光点落到上面,不过是沧海一粟。

更实际地来说,即使我们所有人都站在地球上,用激光笔指向月球,光线从我们这里发出,需要大约1.3秒才能到达月球。在这1.3秒里,地球自身也在运动,月球也在绕着地球公转,所以想要把所有人的激光笔都精准地“钉”在月球表面的同一个点上,几乎是不可能的。即便我们能够做到,那个被照亮的“点”也只是一个非常微小的区域,而且我们看到的月光仍然是它反射的太阳光,只是在那个小区域内,叠加了激光的光。

所以,总结一下:虽然所有激光笔的光聚集在一起可能会在月球表面产生一个比平时更亮的点(如果能聚焦的话),但这并不能改变月球的整体颜色。月球的颜色是由其表面的物质成分决定的,激光笔的能量和照射方式不足以改变这些物质的性质。月亮依旧会是我们熟悉的那个灰白色(或其他颜色的月相)的模样。

网友意见

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我只是为了来分享这帖子的!(是不不要脸!)

最新动态~原作者@谢熊猫君已经来到知乎啦~
原帖地址@罗大睿已经给出了:
what-if.xkcd.com/13/

翻译贴原地址 blog.renren.com/blog/22


问:如果地球上所有人同时用激光笔指着月亮,月亮会不会变颜色?
答:如果你用普通的激光笔,那么月亮不会变色
首先要考虑的条件是,地球上所有的人是没有办法在同一时间看到月亮的。我们首先要挑选一个能让最多人在同一时刻看到月亮的时间。因为世界上75%的人生活在0度经线到东经120度之间,所以我们选择月亮在阿拉伯海附近的时候。
接着我们要考虑是满月还是新月。新月比较暗,所以激光照射的效果会比较明显,但是新月多在白天出现,所以观察效果就差了。

不考虑亮度的话,美国东部标准时间2012年12月27日下午两点(北京时间凌晨两点)是最理想的时间,届时一轮满月会出现在孟买和伊斯兰堡上空,全世界有50亿人能够看到它。

但是,我们还是选一个半月吧,这样我们能够在被遮住的部分看到效果。以下就是我们的目标
本来2012年12月21日是可以的,但是因为按照玛雅历地球会在那天毁灭,所以我们选择格林威治时间2012年1月4日午夜过半小时



普通的红色激光笔功率是5毫瓦,如果质量够好的话激光能够一路打到月球上,当然到月球的时候那束光会分散开很多。地球大气层也会对光柱造成影响,但是大多数光能够达到月球。光柱大概会分散到图中圆圈那么大。
假设所有人都能够稳定的瞄准,所有的光都能平均的分布在月球表面。

在午夜过半小时的时候,50亿人在同一时间按下激光笔的按钮

实验效果:
坑爹啊!
为什么没效果呢?因为太阳对月球的照射能达到每平米1000瓦以上。因为月球的横截面大概是10^13平米,它能接收到10^16瓦的太阳光,平均到50亿人的话每个人就是每人200万瓦,比5毫瓦的激光笔强上太多了。虽然在我们的系统里面有很多影响效率的因素,但是这些改变不了数量级上的巨大差异。
5毫瓦确实弱爆了,我们能再给力一点。
1瓦的激光是危险的东西,它不但能够致盲,还能烧伤皮肤和点燃东西。在美国,一般的消费者是没有办法买到的。
逗你玩呢亲!
其实最低只要300美刀就能买一个1瓦的激光了。
假设我们花将近2万亿美刀给50亿人每人都配备一个1瓦的绿色激光笔。

这次我们功率大了200倍,而且因为绿色在可见光谱的中间,所以人眼对绿色光更敏感。

实验效果:
坑爹啊!
我们使用的绿激光能够照射出一个5弧分宽、亮度有150流明的光柱,这已经比大多数手电筒要亮了。这些光把月球表面照度提高半个勒克斯,太阳能提供130000个勒克斯。即使50亿人全部瞄准一个位置,我们也只能把月球表面10%的部分调高大约6勒克斯的照度。
随着锂电池和LED照明技术的发展,高亮LED手电筒市场有了很多的给力产品,但是手电筒肯定是不够用的,所以我们决定给50亿人每人发一个“夜太阳”(Nightsun)

你可能没听说过“夜太阳”这个名字,但是应该在影视作品中看到过。“夜太阳”就是装在警用直升机或者海滩护卫队直升机上的探照灯。它的亮度能达到50000流明,让夜晚看起来就像白天一样。
夜太阳的光柱有好几度宽,我们需要一些透镜来把光柱集中到半度左右。

实验效果:
虽然还是很难看出来,但是至少是有点效果了。夜太阳的光柱能提供20勒克斯的照度,比月亮黑的那一半的照度高了一倍。但是效果还是很难看到,而且对月亮亮的那一半没有什么效果。
让我们把夜太阳换成IMAX影院用的投影系统,这个系统使用30000瓦功率水冷灯泡排列提供超过1,000,000流明的亮度。
还是看不太清楚。
拉斯维加斯Luxor酒店的楼顶有全世界最牛逼的聚光灯.
我们给50亿人每人发一个。
这下效果比较明显了。



如果我们给每个Luxor聚光灯配上透镜,让整个光柱都聚焦在月球上
这下效果很明显了,各位Good job!
.......好吧。

美国国防部已经研发出了百万瓦的激光用来拦截导弹。波音公司的YAL-1是个装在747飞机上的百万瓦级氧碘化学激光器。YAL-1是红外激光,所以没法直接看见,但是假设我们造了一个同样级别的可见光激光器。
然后给50亿人每个人发一个......
吊爆了,终于和太阳光差不多亮了。
当然为了达到这个效果,我们需要5x10^15瓦的功率,是全球平均电力消耗总量的两倍。
好吧,我们在亚洲大地上面每平方米装一个百万瓦级激光器。要给这近50万亿个激光供能的话,我们会在2分钟之内消耗完地球全部的石油储备。这两分钟之内,我们会看到这么个效果。
虽然我们把全球的石油储备在两分钟内用光了,但是月亮会像中午的太阳一样亮,这辈子值了!
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......好吧

世界上最牛逼的激光是美国国家点火设施的约束光束。它的紫外激光能达到5x10^14瓦的功率。但是它是采用脉冲形式发射的,每个脉冲只有几纳秒,所产生的能量和四分之一杯汽油差不多。

假设我们发现了一种可以持续发射这个激光的方法……

然后给50亿人每个人发一个......

然后对着月球照射……

然后大气层会等离子化,燃烧地球表面,然后,就没有然后了……
不过,为了科学,我们假设这些激光没有和大气层反应就到达了月球……

但是地球还是会燃烧,因为从月球反射回来的光比中午的太阳还要亮4000倍。月光能够在一年内把地球上面的海洋煮沸……
不过,为了科学,我们不要管地球了,我们看一下月球会怎样……

照射到月球的激光会造成辐射压力,对月球产生1000万分之一个G的加速度……

短期内这个加速度不会有什么效果,但是时间长了,月球就会被推离地球的轨道……
当然,辐射压力不是唯一产生效果的因素……

4000万焦耳的能量就能蒸发一公斤的石头,假设月球的平均密度是3公斤/升,那么激光产生的能量能够以每秒4米的速度蒸发月球的基岩……
当然,实际上月球的岩石不会蒸发的那么快……

因为当一块岩石被蒸发后,它不会凭空消失,它的表面会变成等离子。而这层等离子会阻挡激光柱……

激光不断的向等离子层传送能量,等离子层变得越来越热。等离子互相撞击,撞击到月球表面,最终以很快的速度轰入太空……

这样的状况其实相当于把月球表面变成了一个火箭引擎,而且是很高效的引擎。用激光来轰开表面物质的技术叫做激光烧蚀,这是一种很有前途的航天推进技术。

月球虽然很大,但是我们的岩石等离子火箭引擎将慢慢的把它推离地球。

“引擎”造成的喷射会洗涤地球表面,摧毁所有的激光器.
但是为了科学,我们假装这些激光器都被春哥附体了。

假设等离子粒子以500公里每秒的速度轰入太空,那么几个月后月球就会被推离激光的范围。

月球会保有它本身的大部分质量,但是会离开地球的重力影响,进入一个环绕太阳的畸形轨道。
按照国际天文联合会的定义,月球不会成为一个新的“行星”。因为它的轨道会和地球的轨道交错,它会像冥王星一样成为一个矮行星。

这种轨道的交错会造成不可预见的轨道摄动,最终月球会撞入太阳,或者被弹向外太阳系,或者和某一个行星相撞——很可能是和地球相撞,当然如果真的这样的话,我们确实是活该了。
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