如果地球上所有人同时用激光笔指着月亮中英对照译文.docx
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如果地球上所有人同时用激光笔指着月亮中英对照译文
【这很科学】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？
来源：
谢至理的日志
注：
不是原创，内容全部来自这个帖子，我只是翻译了一下，添加了部分图片。
网漫xkcd作者、前NASA机器人专家RandallMunroe最近在他的网站上开设了一个“来信侃”的问答栏目，专门回答一些奇奇怪怪的读者来信问题，下面是该栏目的最新一期：
如果地球上所有的人都拿一个激光器，并同时将光束指向月球，那么月亮的颜色会改变吗？
——来自PeterLipowicz的问题】
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2013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Goodjob！
.......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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IfeverypersononEarthaimedalaserpointerattheMoonatthesametime,woulditchangecolor?
—PeterLipowicz
Notifweuseregularlaserpointers.
ThefirstthingtoconsideristhatnoteveryonecanseetheMoonatonce.Wecouldgathereveryoneinonespot,butwe learnedourlessonaboutthat afewweeksago.Instead,let’sjustpickatimewhentheMoonisvisibletoasmanypeopleaspossible.Sinceabout75%oftheworld’spopulation livesbetween0°Eand120°E,weshouldtrythiswhiletheMoonissomewhereovertheArabianSea.
Wecantrytoilluminateeitheranewmoonorafullmoon.Thenewmoonisdarker,makingiteasiertoseeourlasers.Butthenewmoonisatrickiertarget,becauseit’smostlyvisibleduringtheday—washingouttheeffect.
Brightnessaside,anidealtimewouldprobablybe2:
00PMESTonDecember27th,2012,whenafullmoonwillbehighintheskyaboveMumbaiandIslamabad.Atthatpoint,theMoonwillbevisibletoapproximatelyfivebillionpeople—mostofAsia,Europe,andAfrica—aboutasmanyascaneverseeitatonetime.
Butlet’spickaquartermooninstead,sowecanseetheeffectonthedarkside.We’llavoidtheDecember21stquartermoontoavoidencouraginganyMayannonsense,andpicktheoneonJanuary4th,2013,halfanhouraftermidnight（GMT）.It’llbedayinEastAsiabutnightinAfricaandEurope.
Here’sourtarget:
Thetypicalredlaserpointerisabout5milliwatts,andagoodonehasatightenoughbeamtoactuallyhittheMoon—thoughit’dbespreadoutoveralargefractionofthesurfacewhenitgotthere.Theatmospherewoulddistortthebeamabit,andabsorbsomeofit,butmostofthelightwouldmakeit.
Let’sassumeeveryonehassteadyenoughaimtohittheMoon,butnomorethanthat,andthelightisspreadevenlyacrossthesurface.
Athalfanhouraftermidnight（GMT）,everyoneaimsandpressesthebutton.
Thisiswhathappens:
Well,that’sdisappointing.
Itmakessense,though.SunlightbathestheMooninabitoverakilowattofenergypersquaremeter.SincetheMoon’scross-sectionalareaisaround10^13squaremeters,it’sbathedinabout10^16watts ofsunlight—tenpetawatts,ortwo megawattsperperson—faroutshiningtheirfivemilliwattlaserpointer.Therearevaryingefficienciesineachpartofthissystem,butnoneofitchangesthatbasicequation.
5milliwattsiswimpy.Wecandobetter.
A1-wattlaserisanextremelydangerousthing.It’snotjustpowerfulenoughtoblindyou—it’scapableofburningskinandsettingthingsonfire.Obviously,they’renotlegalforconsumerpurchaseintheUS.
Justkidding!
Youcan pickoneupfor$300.
Sosupposewespendthe$2trilliontobuyone-wattgreenlasersforeveryone.（Memotopresidentialcandidates:
thispolicywouldwinmyvote.）Inadditiontobeingmorepowerful,greenlaserlightisnearertothemiddleofthevisiblespectrum,sotheeyeismoresensitivetoitanditseemsbrighter.
Here’stheeffect:
Dang.
Thelaserpointerswe’reusingputoutabout150lumensoflight（morethanmostflashlights）inabeam5arc-minuteswide.ThislightsupthesurfaceoftheMoonwithabouthalfa lux ofillumination—comparedtoabout130,000luxfromthesun.（Evenifweaimedthemallperfectly,itwouldonlymanagehalfadozenluxoverabout10%oftheMoon’sface.）
Bycomparison,thefullmoonlightsuptheEarth’ssurfacewithaboutoneluxofillumination—whichmeansthatnotonlywouldourlasersbetooweaktoseefromEarth,butifyouwerestandingontheMoon,thelaserlightonthelandscapewouldbefainterthanMoonlightistousonEarth.
WithadvancesinlithiumbatteriesandLEDtechnologyoverthelasttenyears,thehigh-performanceflashlightmarkethasexploded.Butit’sclearthatflashlightsaren’tgonnacutit.Solet’sskippastallofthatandgiveeveryoneaNightsun.
Youmaynotrecognizethename,butchancesareyou’veseenoneinoperation:
It’sthesearchlightmountedonpoliceandCoastGuardhelicopters.Withanoutputontheorderof50,000lumens,it’scapableofturningapatchgroundfromnighttoday.
Thebeamisseveraldegreeswide,we’llwantsomefocusinglensestogetitdowntothehalf-degreeneededtohittheMoon.
Here’stheeffect:
It’shardtosee,butwe’remakingprogress!
Thebeamisproviding20luxofillumination,outshiningtheambientlightonthenighthalfbyafactoroftwo!
However,it’squitehardtosee,anditcertainlyhasn’taffectedthelighthalf.
Let’sswapouteachNightsunforanIMAXprojectorarray—a30,000-wattpairofwater-cooledlampswithacombinedoutputofoveroveramillionlumens.
Stillbarelyvisible.
AtthetopoftheLuxorHotelinLasVegasisthemostpowerfulspotlightonEarth.Let’sgiveoneofthemtoeveryone.
Oh,andlet’saddalensarraytoeachsotheentirebeamisfocusedontheMoon:
Ourlightisdefinitelyvisible,sowe’veacco
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