Может ли лазер в космосе действительно проявляться как видимые «пули»?

В «Звездных войнах» стреляют плазмой из заряженного газа (Тибанна). Плазма движется значительно медленнее скорости света, поэтому человеческий глаз может воспринимать ее как «пулю».

Создание лазерной пули невозможно с модернизированными версиями современного лазерного оружия, поскольку настоящий лазер движется со скоростью света — каждый выстрел будет казаться линией между целью и источником, если только задействованные расстояния не будут огромными. Даже если это нормально, у вас все еще есть проблема, заключающаяся в том, что лазеры видны только из-за рассеяния света от предметов на пути . Вакуума было бы недостаточно, чтобы сделать это значительным, а достаточное рассеяние, чтобы сделать его видимым, вероятно, привело бы к размытию, что помешало бы оружию быть очень эффективным.

Теперь, если вы хотите что-то очень похожее на стиль «Звездных войн», вы можете снять шляпу скептицизма и заглянуть в проект Marauder . Если верить Интернету, существует технология (по состоянию на 1993 год), которая может запускать гиперснарядные энергетические кольца. Если бы вы были достаточно далеко, чтобы относительная скорость казалась менее ~ 60 миль в час, то вы бы восприняли это как нечто вроде лазерной пули. (ПРИМЕЧАНИЕ - проект кажется на 100% реальным - скептицизм заключается в том, действительно ли он достиг того, о чем заявлял.)

Лазерный луч состоит из пучка фотонов, движущихся с одной и той же фазой и направлением.

Таким образом, единственный способ увидеть его (когда вы не являетесь целью) состоит в том, что луч рассеивается на своем пути.

На открытом воздухе это возможно, так как пыль находится везде вместе с другими частицами, придавая обычный вид в лазерных лабораториях.

Но когда вы находитесь в космосе, у вас почти нет частиц, которые могли бы рассеивать фотоны.

Таким образом, вы не увидите никакого лазерного луча, когда он выстрелит.

Если вы хотите, чтобы лазеры были видны, они должны поразить что-то. Космос примечателен отсутствием вещей, которые можно было бы поразить.

Чтобы «лазерные пули» были видны, нужно, чтобы они двигались со скоростью меньше скорости света и излучали свет. Итак, что-то физическое и горячее, вроде плазмы, ракеты или кинетического оружия.

Ну... типа...

Когда лазер включен, он непрерывно излучает когерентный свет. Единственный способ получить "всплески" - это пульсировать лучом. Но помните скорость света (c = 299 792 458 ^м ⁄ _с ). Умный ответ предполагает, что люди обычно могут видеть пролетающий мимо 20-метровый F-14, что предполагает длительность импульса 50 мс, что дает нам длину импульса 14 990 км.

Все люди разные, но я предполагаю, что нам нужна одинаковая продолжительность «выключения», чтобы легко различать импульсы. В мире электроники мы называем это рабочим циклом 50%.

OK, лазер включен = 50 мс, лазер выключен = 50 мс.

Обратите внимание, что это ужасно неэффективно, и ни один космический капитан в здравом уме не будет тратить столько свободного времени, не запуская лазер... если только...

Он громко гудел, а оптика или источник излучения не выдерживали длительного времени «включения» и требовали времени «выключения», чтобы остыть. Или, может быть, нам нужно зарядить некоторые батареи. Или, может быть, нам нужно некоторое время для насмешек между выстрелами. Давай с этим покончим.

Лазер мощностью 6 кВт пробьет 1,0-дюймовую нержавеющую сталь , но это для резки. Отверстие очень маленькое , около 320 мкм. дыра! Итак, нам нужно 187,5 мегаватт. За исключением того, что ватты — это джоули в секунду, а наш резак — система непрерывного действия. Таким образом, чтобы обеспечить такое же колоссальное воздействие, которое может дать нам одна секунда резания, нам нужно еще 20 × сила.

3,75 ГВт. Возьмите этого Дока Брауна! Но более того, он прорезает только один дюйм нержавеющей стали. Нам нужно прорезать по крайней мере 20 метров корабля, чтобы это окупилось, что дает нам 147,6 гигаватт. Теперь мы готовим на газу! И мы, наконец, достигли уровня мощности, когда я мог поверить в необходимость короткого взрыва и долгого восстановления.

Но, что касается последней части вашего вопроса, не могли бы вы это увидеть?

(A) Ваша первая проблема — это расстояние. Помните, что пульсация света гудит со скоростью 300 000 ^км / _с . Мы уже установили, что длина импульса составляет 14 990 км. Это опять для нерабочего времени. Может быть, еще раз, чтобы вы могли насладиться тем, как выглядит пульс. Ваши корабли разделяют 44 970 км. Это примерно в 10 раз больше ширины Соединенных Штатов или в 1/8 раза меньше расстояния от Земли до Луны. Вы могли бы наблюдать, как он уходит и видеть, как он приближается, но не увидеть его столкновения без телескопа.

(Б) Вам нужно что-то сжечь. Теперь там что-то есть . Атомы водорода составляют около 1 на кубический сантиметр, а космическая пыль — 1/1000 этого. Но мы говорим о луче диаметром 10 метров и длиной 14 990 км, путешествующем по космическому пространству на 44 970 км. Это не будет голливудским зрелищем, но вполне вероятно, что здесь есть что-то призрачное. Наш луч охватывает π·r ² ·h = 1,18×10 ⁹ кубических метров и пройдет 3 «длины луча» между двумя кораблями, всего 3,53×10 ⁹кубические метры. Это сжигание 35 квадриллионов атомов водорода и 35 триллионов частиц космической пыли (звучит много, но это не так). Но я хотел бы приостановить свое недоверие и предположить, что было бы на что посмотреть, если бы огни на вашем мостике не были слишком яркими и вы не боролись за воздух в данный момент.

Предполагая, что истребители находятся достаточно далеко (световая секунда или около того), должно быть достаточно времени, чтобы увидеть отдельные лазерные «всплески», но окружение истребителей может иметь ОГРОМНОЕ влияние на видимость лазеров, даже на ближних дистанциях быстрые выстрелы могли быть видны (как в игре в лазертаг).

НАСА говорит, что вокруг нашей Земли прямо сейчас :

Вокруг Земли вращается более 20 000 обломков размером больше мяча для софтбола.

Есть 500 000 осколков размером с мрамор или больше.

Есть много миллионов обломков, которые настолько малы, что их невозможно отследить.

Противоспутниковые испытания Китая в 2007 году, в ходе которых ракета уничтожила старый метеорологический спутник, добавили к проблеме мусора более 3000 штук .

Вокруг Земли даже не было никаких космических сражений (правильно?), за исключением противоспутникового испытания (и я думаю, что оно добавило только 3000 отслеживаемых кусочков размером больше мрамора, возможно, гораздо больше крошечных неотслеживаемых кусочков), так что эти миллионы маленьких кусочки размером меньше мрамора - это всего лишь 6 десятилетий или около того случайных "местных" космических полетов.

Если ваши бои происходят вокруг планеты (или любого объекта), которая имеет многовековые космические полеты и, особенно, сражения там раньше, там должно быть намного больше мусора, может быть, даже тонкий «туман» старых обломков (например, прото- кольца). Даже если используемые там корабли имеют магнитные или гравитационные «дефлекторы», то лазерный луч их не имеет.

• Все эти частицы, по сути, заполняли бы пустоту пространства, как пыль в комнате, на которую попадали бы любые лазерные лучи и «подсвечивали» их, чтобы вы могли видеть их так же, как вы можете видеть лучи в игре в лазертаг. , и если вы находитесь достаточно далеко, а лучи короткие или достаточно быстрые, они будут выглядеть как дискретные отдельные «выстрелы».

Вот изображение с earthobservatory.nasa.gov , показывающее только объекты вокруг Земли размером более 10 см, масштаб точек определенно неправильный, но, учитывая миллионы более мелких объектов, это может быть не так уж плохо.

И некоторые другие ссылки для получения дополнительной информации:

• Часто задаваемые вопросы NASA.gov: Орбитальный мусор . Количество частиц размером менее 0,4 дюйма (1 см), вероятно, превышает десятки миллионов.
• Уничтожение космического мусора (SpaDE) — удаление мусора с орбиты путем запуска сфокусированных импульсов атмосферных газов на пути целевого мусора. _{[Похоже, они хотят сбросить атмосферу Земли в космос, чтобы замедлить космический мусор, интересно, вернётся ли и атмосфера.]}

Чтобы «лазерные пули» были видны, потребуется:

• Видимая частота - либо лазер с видимой длиной волны (в отличие от ИК/УФ/рентгеновского излучения/других длин волн), либо какая-то рассеивающая или окружающая среда, которая поглощает и переизлучает на видимой частоте (из-за нагрева или иным образом) небольшую часть луч (но не так много).
  
  Если луч очень мощный, то может быть достаточно рассеяния или повторного излучения его крошечной части. Мы можем представить себе луч, достаточно мощный, чтобы сделать «небольшую часть» достаточно мощной, чтобы осветить окружающую среду, что помогает.

• Продолжительность , которая имеет два аспекта: как долго на самом деле срабатывает луч , и продолжительность/постоянство видимого эффекта . Поскольку вопрос в основном касается видимого эффекта, я сначала сделаю это, хотя на самом деле они тесно связаны.
  
  (а) Видимый эффект / «постоянство видения» (технически: остаточное изображение)- лазерная «пуля» (визуальный эффект) должна длиться достаточно долго, чтобы создать изображение или остаточное изображение. Это проблема, потому что человеческому глазу нужно, чтобы видимая вспышка длилась некоторое количество миллисекунд, чтобы можно было увидеть ощутимое или существенное изображение или остаточное изображение, но реалистичный луч лазерного оружия не будет длиться доли долго (намного лучше и проще). стремиться к крошечной площади и кратчайшему времени подачи энергии, чтобы получить наибольшее количество ТВт/мм ^ 2 и, следовательно, запустить лазер мощностью 100 ТВт за 200 наносекунд, чем лазер мощностью 1 ТВт за 20 микросекунд). Еще одна проблема заключается в том, что многие из самых мощных лазеров сегодня являются импульсными лазерами (значительно более высокие уровни мощности, охлаждение между импульсами, даже если импульсы отстоят друг от друга нано- или микросекунды), и в настоящее время нет причин думать, что это изменится.
  
  Но «пульс» здесь не означает импульсы, которые вы видите в кино. В фильмах импульсы подобны пулям, луч срабатывает, скажем, 0,05–0,1 секунды, что является продолжительностью, легко видимой глазом, а затем снова активируется через, скажем, 0,1–0,4 секунды, в зависимости от пленки. В действительности продолжительность импульсного лазера, скорее всего, измеряется в пико- или миллисекундах, и в зависимости от конструкции может быть «одноразовой», а иногда может быть (вероятно, будет) настолько близкой, что кажется непрерывной для целей. видимых остаточных изображений, что позволяет накапливать энергию (технически: прокачивать энергетические уровни), а затем высвобождать ее за короткое время.
  
  (b) Фактическая схема стрельбы- Крошечные временные интервалы настоящих мощных лазеров, вероятно, не являются проблемой. Это связано с тем, что критическим механизмам не потребуется большая дыра, чтобы нанести огромный ущерб, а ремонт глубоких повреждений может быть труднее быстро исправить (представьте, что лазер поражает любой кабель, проводку, микросхему, панель дисплея, вакуумный барьер экипажа или оборудования или корпус), поэтому проникновение, вероятно, имеет большее значение, чем ширина/площадь. Вероятно, вы также можете синхронизировать движение бокового луча, чтобы немного «нарезать», даже за очень короткое время, тем более, если вы знаете, куда целиться, что нанесет урон даже крошечным, но проникающим «ударом».
  
  Крошечное количество, преобразованное в видимый свет, может включать невидимое (рентгеновское/ультрафиолетовое?) излучение, которое нагревает среду и не только переизлучает в виде видимого света, но также переизлучает в течение значительной доли секунды, пока снова не остынет. Таким образом, мы, вероятно, сможем обойти проблему видимости луча, даже если длительность луча слишком мала для человеческого зрения.

• Размеры поперечного сечения - инфы по этому поводу не нашел, но интуитивно, чем уже пучок, тем меньше среда, от которой он нагревается или рассеивается, или тем менее заметен глазу; по-видимому, наступает момент, когда он слишком узок, чтобы видеть. Но поскольку видимость, вероятно, связана с нагревом или рассеянием, мы можем обойти это с помощью более мощного луча, как указано выше.

• Эффект "движущейся пули" - вы не получите эффекта "движущейся пули", только эффект засветившегося луча (там, где позволяет среда), потому что в любом реалистичном масштабе боя луч будет загораться по всей длине своего пути одновременно , для любых практических целей.

Да, огонь корабельных орудий можно увидеть во время боя, но только через трехмерный тактический дисплей с иммерсивной виртуальной реальностью на командной палубе каждого корабля. Оборонительные компьютеры на корабле каждого бойца анализируют данные датчиков в режиме реального времени и отображают вражеский наступательный огонь в виде отдельных светящихся лазерных импульсов, чтобы помочь капитану в принятии навигационных и стратегических решений. Точно так же, когда компьютер оповещает экипаж корабля о важных событиях, он издает хорошо известный устаревший звук «пиу-пиу» для выстрелов или ревущий звук дроссельной заслонки для активных космических объектов разной скорости и массы, которые проходят рядом с кораблем с разной скоростью. опасно близкое расстояние.

Использование четкого изображения лазерного импульса и особых звуковых эффектов — это всего лишь ностальгический намек на великие космические оперы раннего технологического века родного мира, и он может брать свое начало из еще более ранних войн в атмосферных условиях (где возможны окружающие звуки). ), которые, возможно, испытала на себе большая часть населения или которые могут интуитивно относиться к ним. Более современные капитаны предпочитают визуализацию линий с большим количеством данных, где плотность плазмы изображается как толщина линии, а уровень энергии - цветом. Тем не менее, достаточное количество старших капитанов все еще используют настройку лазерного импульса в своих системах HUD, что нередко позволяет увидеть реконструкцию битвы, визуализируемую в этом стиле.

Имейте в виду, что никто никогда не видел битву космических кораблей и не выжил, чтобы рассказать об этом. Мы видели только компьютерные изображения сражений космических кораблей, изображенные либо в реальном времени, либо позже для стратегического обзора и обучения. Со всеми невидимыми энергиями, циркулирующими вокруг даже во время самых незначительных конфликтов космических кораблей, и со враждебными опасностями прямого воздействия космического вакуума и жесткого излучения, последнее, чего любой из нас когда-либо хотел бы, - это быть наблюдателем со стороны кольца, как изображали в тех старых фильмах.

Как правильно указали другие ответы, лазерный луч нельзя увидеть, если вокруг нет пыли, а космос пуст - даже низкая околоземная орбита слишком пуста. Однако сражения, как правило, создают большое количество дыма и пыли.

В космических боях нельзя ждать пыли от скачущей вокруг кавалерии или от пороховых пушек, как это было принято в боях несколько веков назад, и дыма рассеиваться в пространстве быстрее, чем в морских сражениях эпохи линейных крейсеров - так как нет воздуха для замедления дым - но в любом случае космический бой, как с воздушными боями, и имперские эсминцы, стреляющие в упор, как в «Звездных войнах», дают много больших взрывов и пожаров в относительно небольшом объеме. Поэтому в таком бою я бы ожидал, что окружающая среда будет достаточно пыльной, чтобы можно было увидеть мощный лазерный луч - при условии, что импульс достаточно длинный и его частота находится в видимом диапазоне.

Залп лазеров в том смысле, о котором вы говорите, невозможен. Как уже говорилось ранее, вам понадобится свет, чтобы рассеивать частицы, чтобы сделать лазер видимым, но даже если бы он был видимым, я не думаю, что лазер — это то, что вам нужно. Что-то, что содержится внутри взрыва, что-то вроде «оболочки», если хотите.

Оболочка может быть электромагнитной, содержащей внутри себя некую форму плазмы, которая взорвется при попадании в цель. Вы могли бы даже иметь металлический кинетический снаряд, обладающий сильными магнитными свойствами, чтобы удерживать плазму. Может быть, если вы хотите совершить прыжок веры и сделать что-то из антиматерии или экзотических частиц, обладающих собственными свойствами, вы могли бы исследовать/изобретать некоторые исследования в области физики частиц, которые помогут вам достичь желаемого эффекта.

Из-за эффектов интерференции световых волн другой источник света, проходящий через лазер, МОЖЕТ сделать его видимым, но едва ли (и уж точно не в виде линии).

Лазероподобное оружие, такое как сверхвозбужденная материя, является гораздо более вероятным кандидатом.

Трудно придумать правдоподобный сценарий, который создавал бы видимый луч лучевой пушки (я намеренно использую более широкий термин) в пространстве.

В космическом вакууме луч лазера, конечно, будет невидим, как невидим луч лазерной указки в незадымленном воздухе.

Как сказал @Jeutnarg, в «Звездных войнах» бластерные болты сделаны из плазмы. Для меня это звучит как оправдание постфактум для объяснения их предполагаемой скорости и того факта, что вы вообще можете их видеть. Но трудно представить себе механизм удержания плазмы в форме стержня или пучка. Предположительно потребуется какая-то магнитная бутылка, но магнитные поля не являются самоподдерживающимися. Они происходят от движущихся электронов. В плазме их много, но поведение плазмы довольно хаотичное. Чтобы превратить его в трубку, нужны очень сильные магнитные поля, генерируемые извне. Но если генераторы поля находятся в самой пушке, то напряженность поля вблизи передатчика должна быть огромной, чтобы обеспечить хорошую напряженность поля для сдерживания плазмы, находящейся дальше.

По моему мнению, видимые бластерные болты в стиле «пиу-пиу» или лучи лучевой пушки требуют фантастической физики. Но опять же, сверхсветовые путешествия тоже, так что это не так уж и плохо.

Ну, вы могли бы увидеть лазер как пулю или, по крайней мере, короткий луч, если вы замедлите его действительно очень ОЧЕНЬ медленно. Дело в том, что свет распространяется так быстро, что мы не можем рассматривать лазеры как медленно движущиеся вещи, которые мы видим в фильмах (например, в звездных войнах). И да, если это лазер в спектре видимого света с помощью какого-то осадка, чтобы немного отразиться от лазера, вы можете это увидеть. И вуаля, у вас есть лазерная пуля.

Как многие говорили, «лазер» должен быть на самом деле нефотонными частицами, возможно, плазмой, антиматерией, антиматерией в плазменном состоянии…

Теперь для правильной «скамьи» детали усложняются. Пространство пусто, поэтому вибрации частиц (звук) не воспринимаются. Запускаемый «лазер» может испустить взрыв дополнительных частиц — представьте себе остатки пороха, только теперь это то, что они используют для возбуждения частиц и огня — и которые исходят от источника выстрела в виде ощутимого звука. . Проблема в том, что это будет единственный источник звука. Если бы вы были рядом с «лазером», когда он проходил мимо, вы бы не услышали ни звука. Теперь, если набор частиц снаряда был нестабилен, возможно, излучая часть своего собственного материала, тогда от него тоже мог быть звук (это также означало бы, что он становился бы слабее с расстоянием, он потерял бы энергию из-за испускания этих частиц в дополнение к энергии, потерянной, если бы он излучал свет из своей собственной энергии). Но у него не было бы эффекта Доплера, когда он проходил мимо, так как он испускал бы свои собственные частицы. Поэтому, если бы он проходил мимо вашего уха, он имел бы постоянную высоту звука.

Я полагаю, вы могли бы исправить этот недостаток с помощью a. Сделайте «скамью» комбинацией начального выстрела и последующего сброса снарядом собственного материала b. Включите в механику самого снаряда причину изменения шага, например, он переходит из низкого шага в высокий, потому что частицы с самой высокой энергией в нем выбрасываются первыми.