Retroreflektoren Mond, Mindestmittel?

Das Nutzen der Reflektoren auf dem Mond ist nicht einfach. Man braucht dafür schon einen Laser - gepulst, mit möglichst hoher Pulsleistung, damit man das Licht vom Dauerlicht unterscheiden kann. Das Teleskop muß nicht so groß sein, 50cm sollten wohl reichen als Sender. Für den Empfang darf es mehr sein, muß aber nicht. Wenn man einen Photomultiplier als Empfänger nutzt, sind ja schon einzelne Photonen ausreichend. Das Problem ist nur, dass man ja tunlichst auf eine dunkle Stelle zielen muß, man da aber nicht genau weiß, ob man die richtige Stelle erwischt.
Du kannst das ja kurz überschlagen - eine Auflösung von 1" heißt, daß der Lichtfleck auf dem Mond fast 2km groß ist. Wenn der Reflektor 1m Durchmesser hat, werden also gerade mal 0,25 ppm reflektiert. Also Pulsenergie=1 J -> reflektierte Energie 0,25 µJ . Auf dem Detektor kämen bei 1m Durchmesser nur noch so etwa 0,01 pJ (10^-14 J) an. Wären für einen PM aber reichlich genug, nämlich 10^4 Photonen
Warum keine normale Lichtquelle geht: Weil die Divergenz immer zu groß würde. Ausgenommen vielleicht Xenon Kurzbogen-Blitzlampen. Das ist aber ein Kapitel für sich.

Funkamateure machen das anders und nutzen den ganzen Mond als Reflektionsfläche, um auf UKW mit Leuten zu funken, die weit außerhalb der optischen Reichweite sind. Voraussetzungen: Sender ab ca. 500 W, 4x 12 Element- Yagigruppe, rauscharmen Vorverstärker direkt am Antennenarray, und Morsekenntnisse. Oder moderne Digitalbetriebsarten.
Das Ganze nennt sie EME = Earth-moon-Earth.
Allerdings wird nicht die Laufzeit gemessen- könnte man aber tun.
---War nur ein kleiner Gag-das wäre bei weiten nicht so genau wie in Wettzell!--

CS

Michael

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Wattwurm</i>
<br />Funkamateure machen das anders und nutzen den ganzen Mond als Reflektionsfläche, um auf UKW mit Leuten zu funken, die weit außerhalb der optischen Reichweite sind. Voraussetzungen: Sender ab ca. 500 W, 4x 12 Element- Yagigruppe, rauscharmen Vorverstärker direkt am Antennenarray, und Morsekenntnisse. Oder moderne Digitalbetriebsarten.
Das Ganze nennt sie EME = Earth-moon-Earth.
Allerdings wird nicht die Laufzeit gemessen- könnte man aber tun.
---War nur ein kleiner Gag-das wäre bei weiten nicht so genau wie in Wettzell!--

CS

Michael

<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Hallo Michael,

damit erbringe ich aber nur den Nachweis, dass der Mond da ist. Nicht, dass darauf Reflektoren stehen. [:D]

Gruß Dirk

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: Stick</i>
Da stellt sich die Frage, ob man das realisieren kann, ohne einen Bandwurm an Laservorschriften einhalten zu müssen.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Du vermutest richtig. Die beiden Newtons mit 50 cm Öffnung sind das geringste Problem
Grüße,
Roland

Man muss bedenken, dass die Laser damals so hell waren, dass sie ca. -4mag hell vom Mond aus erschienen. Es gibt einschlägige Fotos von den Surveyor-Sonden bei Vortests und enstprechende visuelle Beobachtungen der Astronauten.
Hartwig

Hallo Hartwig,

für die -4 mag braucht's aber auch wirklich nicht viel. Wenn ich das von der Solarkonstante 1.3kW/m² und der scheinbaren Helligkeit der Sonne (-26.74 mag) ausgehend umrechne, ist das 1 µW/m². Um den oben angegebenen Lichtfleck von rund 2 km Durchmesser auszuleuchten, benötigt man dann 3.3 W Laserleistung. Die dürften bei 50cm Spiegeldurchmesser auch augensicher sein, so dass die Lasersicherheit auch kein Thema ist. [EDIT - zumindest bei einem CW-Laser. Hier bräuchte man aber einen gepulsten, so dass die Bewertung evtl. anders ausfällt. Hat jemand die Norm zur Hand?]

Viele Grüße

Holger

Lt. wikipedia ist es nicht ganz trivial:

https://de.wikipedia.org/wiki/Lunar_Laser_Ranging

Auch bei einem 75cm Spiegel kommen kaum Photonen retour...[8D]

Ich habe noch etwas Interessantes dazu gefunden:
http://scienceblogs.de/astrodi…lunaren-laserreflektoren/

Hallo Holger,
ich hab Deine Rechnung net nachgerechnet aber Du musst bedenken, dass der 1 m Spiegel auf dem Mond auch einen divergierenden Strahl zur Erde reflektiert und die Reflexion auch nicht 100% ist. Wenn dort am Mondspiegel 1 uW amkommt und dieser wieder auf 2 km oder mehr auf der Erde aufgeweitet wird, dann kommt schon verdammt wenig auf der Erde an, die Absorption in der Atmosphäre kommt noch dazu.... Kurzum, das Laserexperiment ist nichts für den Hobbyastronom ums Eck .

Servus,
Roland

Hallo Roland,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Kurzum, das Laserexperiment ist nichts für den Hobbyastronom ums Eck .<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Das stimmt mit Sicherheit - der oben zitierte Wikipedia-Artikel rechnet das auch schön vor. Mir ging es hingegen nur um die Sichtbarkeit des Lasers auf der Erde vom Mond aus (von Hartwig mit -4 mag angegeben) - da kommt man mit erstaunlich wenig Leistung erstaunlich weit. Hätte man da oben statt eines Retroreflektors einen zweiten Laser hingestellt, wäre das Ganze eine leichte Übung. Aber so....

Viele Grüße, Holger

Wie sollen denn da Photomultiplier helfen?
Die reagieren ja auf alles Licht vom Mond und Streulicht.
Woher will man wissen, dass es sich um reflektiertes Licht handelt.
Ein absolut lichtdichter perfekter Filter wird auch nicht einfach.
CS Werner

Hallo,

<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote"><i>Original erstellt von: WernerS</i>
<br />Wie sollen denn da Photomultiplier helfen?
Die reagieren ja auf alles Licht vom Mond und Streulicht.
Woher will man wissen, dass es sich um reflektiertes Licht handelt.
<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">

Eine Möglichkeit besteht darin, dass man nicht einen einzelnen Puls sendet, sondern eine Folge mehrerer Pulse unterschiedlicher Pulsdauer und Pausenlänge. Das Steulicht verhält sich ähnlich wie ein Rauschen und ist immer vorhanden. Ein einzelner Puls oder ein Dauersignal würden darin untergehen. Aber bei einem getakteten Signal verraten sich die reflektierten Photonen als aufgeprägte Intensitätsschwankung. Da wir die gesendete Pulsfolge kennen kann mittels Autokorellation das Empfangssignal analysiert werden.

Da das Thema Funk erwähnt wurde. Am 25 Meter Dwingeloo-Radioteleskop haben Funkamateure versucht per Radar eine Mondkarte zu erstellen. Ich hatte Gelegenheit sehr anschauliche Vorträge von Pieter-Tjerk de Boer (PA3FWM), zu diesen Versuchen anhören zu dürfen. Das Radar arbeite im 23 cm Amateurfunkband und ist daher aufgrund der Vorschriften auf eine maximale Sendeleistung um die 75 Watt begrenzt. Trotz dieser Einschränkungen waren sie in der Lage folgende Erkenntnisse zu Sammeln:
- Entfernung des Mondes
- Der Mond ist eine Kugel
- Der Mond macht eine Librationsbewegung

Vielleicht machen diese Experimente ja Mut, Versuche im Optischen nicht gleich aufzugeben.

Viele Grüße,
Roland

Hallo Hartwig, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Man muss bedenken, dass die Laser damals so hell waren, dass sie ca. -4mag hell vom Mond aus erschienen. Es gibt einschlägige Fotos von den Surveyor-Sonden bei Vortests und enstprechende visuelle Beobachtungen der Astronauten.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Fotografischer Nachweis- ja, ist glaubhaft, aber visuell? Bei Pulszeiten von 90Picosekunden Länge der einzelnen Laserimpulse dürfte ein menschliches Auge da wenig erkennen, auch wenn die mit 10Hz abgefeuert werden.

Zum benötigten Laser- lt. Wiki sind die Pulse 90ps lang bei einer Puslenergie von 100mJ- das ergibt umgerechnet auf Wattsekunden den schlappen Wert von 1111000000 Ws oder ca. 308kWh. Ein Laserpointer tut es also nicht mehr so ganz. [:D]

Zum Nachlesen hab ich noch was gefunden-

http://www.fesg.bv.tum.de/91872--~fesg~forschung~llr.html

oder hier in französisch, die Bilder erklären einiges, auch wenn es mit der Sprache hapert.

http://www.spc.ac-aix-marseill…terre_lune/terre-Lune.pps

Mit der Maus kann man durch das pdf durchscrollen

Gruß
Stefan

Hi, <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Es gibt 10 watt Laserpointer zu kaufen, 0.01 Sekunden leuchten, da geht die Milchmädchenrechnung locker auf.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Dann arbeitest du mit 0,1Ws- der Laser bei den Apolloversuchen werkelte mit ca. <b>1111000000 Ws</b>

Wegen der Strahlaufweitung wird das Laserlicht auf einer Fläche von rund 70 km2 auf der Mondoberfläche verteilt- ob der 10W Laser da auf dem Mond überhaupt noch ein dedektierbares Photon abliefert? [:)]

Rein rechnerisch geht's- in die Hose. [:D]

Gruß
Stefan

Hi,

das französische pdf spricht von 7km Durchmesser respektive 35km², gilt für 4" als aufweitung für den Laserstrahl. <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Deshalb benutze ich ja auch keine Nanosekundenbursts, sondern 0.01 Sekunden. Was dem Finden der legitimen Photonen aber alles andere als zuträglich sein dürfte. Du hattest 308kwh ausgerechnet, <hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Dein 10W Laser wirft 10Ws raus, bei deinen kurzen 0,01s Pulsen bleiben also 0,1Ws oder 100mJ übrig- der bei Apollo eingesetzte haut seine 100mJ respektive 0,1Ws aber innerhalb 90 Picosekunden raus. <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Ein 10-Wattlaser, den ich 100000 mal so lange betreibe<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">- bringt auch nicht mehr Licht ans Ziel. Mit einer 1W Taschenlampe wirst du ein kleines Objekt in 100m Entfernung kaum erkennen. Und auch wenn du 10min in die Richtung leuchtest- du siehst trotzdem nix. Der Handstrahler mit 100W bei gleicher Büdelung des Lichtstrahls zeigt dir das Objekt dagegen schon.

Gruß
Stefan

Hallo,

Evtl. kann man was mit Modulation machen. Die GPS Leute haben doch pseudo Zufallssequenzen. Der Empfaenger bekommt dabei nur noch wenig Signal. Hier von einer GPS Bastelseite:

"The L1 carrier is spread over a 2 MHz bandwidth and its strength at the Earth's surface is -130 dBm. Thermal noise power in the same bandwidth is -111 dBm, so a GPS signal at the receiving antenna is ~ 20 dB below the noise floor. That any of the signals present, superimposed one on another and buried in noise, are recoverable after bi-level quantisation seems counter-intuitive! I wrote a simulation to convince myself."
http://www.aholme.co.uk/GPS/Main.htm

Wenn man also den Laser beim hochschiessen geschickt moduliert und hinterher durch Schmalbandfilter und PM lange korreliert, mussste man was rauskitzeln koennen. Ich denke so an Repetitionskonstanten im Pseudorandomcode von Sekunden und Integration von Minuten. Sowas sollte jemand mal als Masterarbeit in E-Technik / Tech. Informatik machen.

Clear Skies,
Gert

Hi Gert,

überleg mal- eine Pulslänge von 90 Picosekunden enstpricht einer Frequenz von 11,1 GHz- mit welcher Frequenz sollte dieser kurze Impuls denn noch moduliert werden?

Wobei die "Modulation" ja sozusagen in den 10 Pulsen/s steckt. Die Jungs schicken im Verlauf von 15min ca. 10000 Pulse Richtung Mond. Jeder Puls besteht aus etwa 10^18 Photonen- und von diesen vielen Photonen können sie im Mittel <b>kein einziges</b> reflektiertes Photon messen. Aber ab und an ist dann doch was messbares dabei- seit 1969 wurden lt. der gelinkten Seite erst rund 10 300 erfolgreiche Messungen geschafft.

Gruß
Stefan

Hi Stick,

zur Aufweitung- das könnte an den verschiedenen Optiken liegen, variieren ja zwischen 75cm und 1,5m oder so. Und natürlich hängt die Aufweitung mit vom Seeing ab, da wird mal mehr und mal weniger gestreut. <blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Niemand hier hat vor, einen 90 Picosekunden langen impuls zu verwenden, außer die Kürze der Zeit ist absolut unabdingbar für die Detektion.

Der Impuls ist in erster Linie so kurz, weil das die Genauigkeit der Messung bedingt.<hr height="1" noshade id="quote"></blockquote id="quote"></font id="quote">Tja, nun arbeiten die Jungs aber mit Zeiten von ca. 90-100ps, warum wohl?

Man muss ja möglichst viel Photonen auf einmal bzw. in sehr kurzer Zeit auf die Reise schicken. Selbst bei der hohen Photonenmenge/-dichte von 10^18 in dieser extrem kurzen Zeit ist es äußerst schwer, überhaupt ein einzelnes zurückkommendes Photon zu detektieren.

Und die rund 100mJ in dieser kurzen Zeit entspricht einer irrsinnig hohen Energiedichte. Nach dem Zünden des Laserimpuls muss für den nächsten erst mal wieder die Energie zum Pumpen des Lasers gespeichert werden. Und vor allem muss Wärme abgeführt werden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Nd:YAG-Laser

Diese sehr kurzen Pulse dürften also eher leistungsbedingt nötig sein.

Dein 10W Laser schubst bei den angenommenen 10ms auch 100mJ raus, also wohl auch gleich viel Photonen. Nur verteilst du die dann über Faktor 10^8 längere Zeit. Damit sind auf die gleiche Zeiteinheit gerechnet wie bei den Profis bei deinem Laser nur etwa 10^10Photonen auf der Reise- oder anders gesagt, dein angedachter 10W Laser ist um den Faktor 10^8 schwächer als der von dem Profis eingesetzte.

Gruß
Stefan