Hvordan kan lysets hastighed og en laserstråle bruges til at måle afstand mellem to satellitter?

Princippet

Metoden er afhængig af det grundlæggende princip, at lyset bevæger sig med en konstant hastighed (ca. 299.792.458 meter i sekundet i et vakuum). Ved nøjagtigt at måle den tid, det tager for en lys puls at rejse fra en satellit til en anden og tilbage, kan vi beregne afstanden.

processen

1. laserpulstransmission: En laser på den ene satellit udsender en kort lyspuls mod den anden satellit.

2. Reflektion: Den anden satellit har en retroreflektor, en enhed designet til at reflektere lys direkte tilbage til kilden. Dette sikrer, at lysstrålen bevæger sig den samme sti i begge retninger.

3. tidsmåling: Et meget nøjagtigt ur på den første satellit måler den tid, det tager for laserpulsen at rejse til den anden satellit, reflektere ud af retroreflektoren og vende tilbage.

4. Afstandsberegning: Når vi kender lysets hastighed og rejsetid, kan vi beregne afstanden ved hjælp af følgende formel:

afstand =(hastighed på lys x tid) / 2

Nøgleovervejelser

* Nøjagtighed: Nøjagtigheden af ​​denne måling afhænger af præcisionen af ​​tidsmåling og stabiliteten af ​​laserens frekvens.

* atmosfæriske effekter: Atmosfæren kan lidt påvirke lysets hastighed, så der skal foretages korrektioner.

* relativitet: I meget lange afstande bliver virkningerne af Einsteins relativitetsteori vigtige. Disse effekter redegøres for i meget præcise målinger.

applikationer

* satellitnavigation: Denne teknik er vigtig for præcis placering af satellitter i kredsløb, afgørende for GPS -systemer og andre navigationsteknologier.

* Geodesy: Det hjælper med at bestemme jordens form og størrelse med ekstrem nøjagtighed.

* Rumfartøjssporing: Det bruges til at spore rumfartøjer i kredsløb og videre.

* måneafstand: Det samme princip bruges til at måle afstanden mellem jorden og månen.

eksempel

Forestil dig en laserpuls tager 0,0001 sekunder at rejse til en satellit, reflektere og vende tilbage.

* Tid =0,0001 sekunder

* Lysets hastighed =299.792.458 meter i sekundet

afstand =(299.792.458 m/s x 0,0001 s)/2 =14.989,62 meter

Derfor er afstanden mellem de to satellitter ca. 14.989,62 meter (eller 14,99 kilometer).