Low budget ruimtereis naar Sirius

[jkien]

Ik wil binnenkort een ruimtemissie naar de ster Sirius lanceren, de afstand is 8,2 lichtjaar. De raket is een 1 seconde durende laserpuls van een groene 100 mW laserpointer. De geplande aankomst is juni 2029. Ik vraag me af:

1) kan ik vanuit de hand en met het blote oog nauwkeurig genoeg richten?
2) moet ik met een bepaalde afwijking richten vanwege de snelheid van Sirius en de snelheid van de aarde?
3) hoeveel fotonen zullen Sirius bereiken?

[Xilvo]

1) kan ik vanuit de hand en met het blote oog nauwkeurig genoeg richten?

Je moet al een vaste hand hebben om de lichtvlek van een laserpointer binnen z'n eigen diameter op een muur gericht te houden.
Omhoog richten in een zwarte hemel zonder optische feedback lijkt me onmogelijk.

2) moet ik met een bepaalde afwijking richten vanwege de snelheid van Sirius en de snelheid van de aarde?

Ik denk het wel, maar ik durf het niet meteen met absolute zekerheid te zeggen.

3) hoeveel fotonen zullen Sirius bereiken?

Uitgaande van een buiginspatroon van een bundel met initiële diameter van 3 mm en golflengte van 500 nm kom ik op een lichtvlek met een oppervlak van ca 7.10²⁶ m² na een afstand van 8 lichtjaar.
Sirius heeft een straal die 1,8 maal die van de zon is, dat geeft een "oppervlak" van 5.10¹⁸ m².

Het aantal uitgezonden fotonen is 0,1 J/h.ν = 2,5.10¹⁷
Daarmee kom ik op ongeveer 2.10⁹ fotonen die Sirius treffen.
Uiteraard een heel grove schatting.

[jkien]

1) kan ik vanuit de hand en met het blote oog nauwkeurig genoeg richten?

Je moet al een vaste hand hebben om de lichtvlek van een laserpointer binnen z'n eigen diameter op een muur gericht te houden.
Omhoog richten in een zwarte hemel zonder optische feedback lijkt me onmogelijk.

De aardatmosfeer verstrooit een deel van het licht waardoor de bundel zichtbaar is als een aanwijsstok, dus er is wel optische feedback

[Xilvo]

De aardatmosfeer verstrooit een deel van het licht waardoor de bundel zichtbaar is als een aanwijsstok, dus er is wel optische feedback

Is dat voldoende om op een heldere nacht (je wilt Sirius ook nog kunnen zien) de bundel te zien?
Ik ga het eens proberen. Ik heb geen groene maar wel een rode pointer.

Maar heb je dan niet ook nog last van parallax?

[jkien]

De atmosfeer verstrooit tot op minstens 10 km hoogte. Het puntje van de aanwijsstok is dus zover weg dat je geen last hebt van parallax.

Afbeelding uit wikipedia laat zien dat de punt van de aanwijsstok ongeveer even helder is als de rest.

Overigens blijkt het vermogen van mijn laserpointer 5 mW te zijn, niet 100 mW. Het maakt niet zoveel uit, want het aantal fotonen blijft voldoende hoog voor deze missie.

[Bladerunner]

Uiteraard is het onmogelijk om vanuit de hand een laserstraal te richten op een object op 8,6 (geen 8,2 dus) lichtjaar afstand zonder de juiste coördinaten te kunnen instellen zoals met een telescoop gebeurd. De kleinste beweging levert al een afwijking van miljoenen km tot ik denk een half lichtjaar. En natuurlijk beweegt Sirius t.o.v. ons gedurende de reis van haast 9 jaar. Sirius heeft t.o.v. ons een eigen beweging van ±1,3 boogseconden (dus 0,00036 graden) in de richting 204°. (nul graden is het noorden). Dat is dus per jaar en dat word dus na 8,6 jaar 0,0031°. Getallen die natuurlijk veel te klein zijn om met de hand te doen maar groot genoeg om er volkomen naast te zitten want in 8,6 jaar heeft Sirius ±4 miljard km afgelegd door de ruimte. (126 km/s)

[Bladerunner]

De aardatmosfeer verstrooit een deel van het licht waardoor de bundel zichtbaar is als een aanwijsstok, dus er is wel optische feedback

Is dat voldoende om op een heldere nacht (je wilt Sirius ook nog kunnen zien) de bundel te zien?
Ik ga het eens proberen. Ik heb geen groene maar wel een rode pointer.

Maar heb je dan niet ook nog last van parallax?

De parallax van een ster zegt alleen iets over de afstand, niet de positie.

[Xilvo]

De parallax van een ster zegt alleen iets over de afstand, niet de positie.

Ik heb het over parallax van het door de atmosfeer gereflecteerd laserlicht door de afstand pointer-oog.

[Bladerunner]

Dat heet anders dan. Als je over een parallax spreekt gaat het alleen over de afstand, het heeft geen andere betekenis. De parallax is het verschil in positie veroorzaakt door twee verschillende meetpunten.

Dat laser licht wordt wel gereflecteerd maar dan weet je nog niet de afstand en dus ook geen parallax.

[Xilvo]

Nog even wat (met de natte vinger) gerekend.

Als al het licht van de laserpointer op een hoogte van een kilometer of tien in alle richtingen gelijkmatig verstrooid wordt, dan treffen ongeveer 2500 fotonen per seconde een pupil met diameter 4 mm.
Dat is nog gerekend met 100 mW, en dan blijft er dus niets over voor Sirius en mag er evenmin op andere hoogtes verstrooid worden.
Dat terwijl Sirius (aangenomen dat die even helder is als de zon en alle licht uit fotonen met golflengte 500 nm bestaat) dan 1,7.10⁵ fotonen/s de pupil binnen laat komen.
Geen precieze berekening maar het laat zien dat je bijzonder weinig verstrooid licht terugkrijgt van die hoogte.

Ik betwijfel of je nog iets kunt zien van het verstrooide licht op die hoogte. De foto zal gemaakt zijn met heel krachtige bundels.

[Xilvo]

Dat heet anders dan. Als je over een parallax spreekt gaat het alleen over de afstand, het heeft geen andere betekenis.

Parallax kan ook op (verschil in) waarnemingshoek slaan.

[Bladerunner]

Dat verschil noemt men ook de parallax. Maar uit dat hoekverschil volgt de afstand. Sirius staat op 8,6 lichtjaar en dat correspondeert met een parallax van 0,38 boogseconden. Parallax is gewoon een andere schijfwijze van een afstand. Het is feitelijk gewoon een trigonometrische berekening met als basis een voldoende groot verschil in plaatselijke coördinaat. Een ster heeft een parallax (veroorzaakt door verschil in positie van de Aarde na een half jaar) maar ook de (losse) viewer van een camera t.o.v. de lens.

[Xilvo]

Dat verschil noemt men ook ook de parallax. Maar uit dat hoekverschil volgt de afstand. Sirius staat op 8,6 lichtjaar en dat correspondeert met een parallax van 0,38 boogseconden. Parallax is gewoon een andere schijfwijze van een afstand. Het is feitelijk gewoon een trigonometrische berekening met als basis een voldoende groot verschil in plaatselijke coördinaat. Een ster heeft een parallax (veroorzaakt door verschil in positie van de Aarde na een half jaar) maar ook de (losse) viewer van een camera t.o.v. de lens.

Als jij je vinger op een andere positie ziet afhankelijk van welk oog je open hebt is dat ook parallax.
Parallax is veel meer dan alleen het hoekverschil van een verre ster door de baan van de aarde om de zon.

Parallax is absoluut niet een andere schrijfwijze voor afstand.

[Bladerunner]

https://nl.wikipedia.org/wiki/Parallax

Stukje uit bovenstaande link:
"Bij een foto van een voorwerp dat een aantal meters van het objectief af ligt levert de parallax geen grote problemen op, doordat objectief en zoeker dan vrijwel hetzelfde zien. Naarmate een voorwerp echter dichter bij de camera ligt, veroorzaakt de parallax een groter verschil tussen het zoekerbeeld en de werkelijk te nemen foto."

De parallax veranderd dus per afstand en als je de overige parameters weet (zoals dus de straal van de Aard baan of de afstand zoeker-lens) dan is elke parallax direct te vertalen naar de afstand. (En niet naar iets anders)

[Xilvo]

Je kunt uit de waargenomen parallax eventueel een afstand berekenen.
Dat betekent niet dat parallax een andere schijfwijze van afstand is.