用手電筒對準月球照射,光線是否能夠到達月亮?

必須要認識清楚,地球和月球之間距離,是非常遠的,有38.4萬公里!這是個什麼概念,普通的民航客機飛行高度是一萬米,也就是10公里左右。國際空間站距離地球表面約320公里,僅僅是地月距離的千分之一。如果把太陽系裡八大行星挨個塞進地球和月球之間的話,也是完全可以的,甚至還略有富餘空間!

用手電筒對準月球照射,光線是否能夠到達月亮?

其次要認識清楚,手電筒是一個什麼樣的光源。手電筒發光原理來自於其內燈泡,也就是小型的白熾燈。當電流通過燈絲時,發熱同時發光。手電筒燈泡周圍是一個凹面鏡,將燈泡發出的光儘可能以平行光的形式發射出去。所以,在漆黑的夜晚,我們常常能用手電筒照出一道亮線來。但是,手電筒發出的光的平行實際上是由凹面鏡控制的,也就是說本來發出的光是雜亂四射的,而且一般來說光的波長還存在一定分佈。

那麼,對一個發光光源並不是很強大的手電筒來說,它發出的光雖然在空氣很好的夜空看起來可以照射很遠,比如指向深邃的夜空似乎可以很遠。但是,因為發出的光會很快被大氣所散射掉,實際上根本連天空中的飛機都照射不到,何況是月球?

用手電筒對準月球照射,光線是否能夠到達月亮?

要照射到月球,需要什麼樣的光源?激光就可以做到,激光的強度(亮度)和相干性都要遠遠比手電筒好。特別是相干性,意味著發出的光線裡面的光子是“齊心協力的”集體,它們會互相影響,儘量使得發出的光線不被分散。這樣發出的光就可以儘可能匯聚到遠方。不過要激光照射到月球上,也是需要非常高的功率的激光的,畢竟光在傳播過程中會衰減。

“墨子”號量子衛星就是用的激光來實現的量子秘鑰分發。衛星的軌道和空間站差不多,但是發出的激光(即使相干性很好)抵達地面附近時,因為大氣的散射,也變成了一個大光斑,而並是一個點。如果到月球上,可想而知,經歷層層大氣層的激光,已經不再是一束,而是一大把了,不斷髮散的沒準都能覆蓋整個月球一面。用手電筒對準月球照射,光線是否能夠到達月亮?


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