Πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ταχύτητα του φωτός και η δέσμη λέιζερ για τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ δύο δορυφόρων;
Η αρχή
Η μέθοδος βασίζεται στη θεμελιώδη αρχή ότι το φως ταξιδεύει με σταθερή ταχύτητα (περίπου 299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο σε κενό). Με τη μέτρηση ακριβώς του χρόνου που χρειάζεται για έναν ελαφρύ παλμό για να ταξιδέψει από έναν δορυφόρο σε άλλο και πίσω, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση.
Η διαδικασία
1. Μεταφορά παλμού λέιζερ: Ένα λέιζερ σε έναν δορυφόρο εκπέμπει ένα μικρό παλμό φωτός προς τον άλλο δορυφόρο.
2. Αντανάκλαση: Ο άλλος δορυφόρος διαθέτει ένα Rectroreflector, μια συσκευή που έχει σχεδιαστεί για να αντικατοπτρίζει το φως άμεσα πίσω στην πηγή. Αυτό εξασφαλίζει ότι η δέσμη φωτός ταξιδεύει στην ίδια διαδρομή και στις δύο κατευθύνσεις.
3. Μέτρηση χρόνου: Ένα εξαιρετικά ακριβές ρολόι στον πρώτο δορυφόρο μετράει το χρόνο που χρειάζεται για τον παλμό λέιζερ να ταξιδέψει στον δεύτερο δορυφόρο, να αντικατοπτρίζει τον επαναστατικό και να επιστρέψει.
4. Υπολογισμός απόστασης: Γνωρίζοντας την ταχύτητα του φωτός και τον χρόνο ταξιδιού μετ 'επιστροφής, μπορούμε να υπολογίσουμε την απόσταση χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:
απόσταση =(ταχύτητα φωτός x ώρα) / 2
Βασικές εκτιμήσεις
* Ακρίβεια: Η ακρίβεια αυτής της μέτρησης εξαρτάται από την ακρίβεια της μέτρησης του χρόνου και τη σταθερότητα της συχνότητας του λέιζερ.
* Ατμοσφαιρικά εφέ: Η ατμόσφαιρα μπορεί να επηρεάσει ελαφρώς την ταχύτητα του φωτός, επομένως πρέπει να γίνουν διορθώσεις.
* Σχετικότητα: Για πολύ μεγάλες αποστάσεις, οι επιπτώσεις της θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν καθίστανται σημαντικά. Αυτές οι επιδράσεις υπολογίζονται σε εξαιρετικά ακριβείς μετρήσεις.
Εφαρμογές
* Δορυφορική πλοήγηση: Αυτή η τεχνική είναι απαραίτητη για την ακριβή τοποθέτηση δορυφόρων σε τροχιά, ζωτικής σημασίας για τα συστήματα GPS και άλλες τεχνολογίες πλοήγησης.
* Geodesy: Βοηθά στον προσδιορισμό του σχήματος και του μεγέθους της Γης με ακρίβεια.
* Παρακολούθηση διαστημικού σκάφους: Χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση του διαστημικού σκάφους σε τροχιά και πέρα από αυτήν.
* Σεληνιακή απόσταση: Η ίδια αρχή χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της απόστασης μεταξύ της γης και του φεγγαριού.
Παράδειγμα
Φανταστείτε ότι ένας παλμός λέιζερ διαρκεί 0,0001 δευτερόλεπτα για να ταξιδέψει σε δορυφόρο, να αντανακλά και να επιστρέψει.
* Ώρα =0,0001 δευτερόλεπτα
* Ταχύτητα φωτός =299.792.458 μέτρα ανά δευτερόλεπτο
απόσταση =(299,792,458 m/s x 0,0001 s)/2 =14,989,62 μέτρα
Ως εκ τούτου, η απόσταση μεταξύ των δύο δορυφόρων είναι περίπου 14.989,62 μέτρα (ή 14,99 χιλιόμετρα).
