Enormes láseres disparando a la órbita y dañando los ojos; ¿Cómo prevenir la ceguera masiva?

Hay algunos usos para los láseres tierra-espacio en escenarios de ciencia ficción. Una es la escoba láser , que se usa para disparar basura espacial hasta que sale de órbita y se quema. Otro es la propulsión de haz , o el envío de energía a una nave espacial de lanzamiento a través de un láser. Estas tecnologías plantean una pregunta bastante seria; ¿Cómo evitas que millones de personas se queden ciegas cuando miran al cielo sin darse cuenta?

Según tengo entendido, los láseres pueden causar daños en los ojos incluso si no se encuentra en el camino del haz debido a la radiación dispersa y los reflejos difusos. Una solución obvia sería proporcionar gafas de seguridad para láser; en un laboratorio de una sola habitación a pequeña escala, esto funciona bien. Sin embargo, no puedo entender cómo podría distribuir suficientes lentes para llegar a cada persona en esta mitad de la Tierra , y comunicarles cuándo y dónde disparará el láser sin importar su idioma o nivel de alfabetización.

Este tipo de logística requeriría conocer la ubicación de cada ser humano dentro de un horizonte, incluidas familias rurales aisladas, tribus indígenas remotas, personas sin hogar, etc., y poder enviarles equipo de protección, hora y fecha sin errores de zona horaria, dirección, y una orden de encerrarse en interiores sin ventanas. Además, hay animales a los que no puedes simplemente ponerles gafas de seguridad. He considerado el enfoque poco ético de hacer que el gobierno/la corporación/el ejército simplemente ignoren a las personas y los animales a los que no pueden llegar, pero creo que esto sería un suicidio financiero y político en la era de las redes sociales.

Mi pregunta es la siguiente: ¿cómo se puede disparar con seguridad un láser a un objetivo orbital (o más allá) sin cegar a millones de personas?

Si esto es realmente un problema para los humanos, será mucho, mucho peor para la vida silvestre , en la medida en que usar esta cosa será una catástrofe ambiental. No quieres causar un colapso completo del ecosistema, ¿verdad? Afortunadamente, parece que esto no debería ser un problema...
Además, estoy confundido (y parezco no estar solo); ¿Está preguntando sobre un disparo láser desde la órbita , como en su oración final, o desde el suelo, como lo implica el resto de su pregunta?
Todo el escenario de la ceguera masiva se exploró en detalle en El día de los trífidos : fechado ahora pero aún así una excelente lectura. Ha sido filmado varias veces.
@Matthew Debo haber entendido mal el significado de "láser orbital", pensé que significaba "un láser que se dispara en órbita". Disculpas por el error
Sí, creo que muchas personas (incluido yo mismo) leen "láser orbital" como "un láser que está en órbita". Edité para ti.
Por cierto, un láser verde de 30 W (mucho más fuerte que su puntero láser habitual) fue disparado hacia el cielo desde un edificio del instituto de la universidad en Bonn (Alemania) que se encuentra más o menos en el centro de la ciudad. No se tomaron medidas de seguridad para la población general sin efectos nocivos.

Respuestas (5)

Aunque la luz láser está colimada, la floración que crea en la atmósfera no lo estará. Cualquier luz reflejada se refleja en todas las direcciones más o menos por igual. (A menos que tenga algo en el aire capaz de reflejarse especularmente, y todo esté alineado en la misma dirección, en cuyo caso, ¡deje de disparar su láser al espejo flotante gigante!) La mayor parte de la luz que no alcanza el objetivo es absorbida en lugar de reflejarse, y esto se vuelve a irradiar en todas las direcciones como radiación de cuerpo negro.

El efecto de la luz no colimada cae con el cuadrado de la distancia desde el origen. Incluso si la luz láser es peligrosa a una distancia de unos pocos metros, no lo será a lo largo de kilómetros. Si lo fuera, no te preocuparías por cegar a la gente, te preocuparías por destruir tu láser al sobrecalentar el aire frente a él en plasma.

Probablemente sea prudente evitar acercarse demasiado al haz, pero no debe permitir que las personas se acerquen demasiado a su infraestructura espacial por muchas otras razones. Los sitios de lanzamiento de cohetes y los campos de prueba generalmente se construyen en lugares bastante apartados por esta misma razón, y las instalaciones láser harían lo mismo.

Inevitablemente, algunos animales (principalmente aves) deambularán demasiado cerca del haz y serán dañados por la luz y/o el calor, pero no debe estar terriblemente fuera de línea con otras infraestructuras. Los impactos ambientales rara vez son "ninguno", pero con toda probabilidad no valdría la pena armar un escándalo.

tl; dr: siempre que practique las medidas de seguridad apropiadas para un sitio industrial, estará bien.

"El efecto de la luz no colimada cae con el cuadrado de la distancia desde el origen": el efecto de cualquier fuente de luz cae con el cuadrado de la distancia; una mejor colimación solo cambia la constante de proporcionalidad, pero la relación general aún se mantiene.
Gracias por la explicación, supuse que sería peligroso por defecto.
Un detalle menor, la luz que se refleja a lo largo de la trayectoria del haz a través de la atmósfera sería una fuente lineal. Entonces, mientras esté mucho más cerca de él que su longitud, su intensidad disminuye linealmente, no cuadráticamente. (Como dices, la intensidad de cada punto disminuye por el cuadrado, pero al mismo tiempo la cantidad que ves cuando miras en cierta dirección aumenta linealmente). Aún así, la parte intensa será los primeros kilómetros. , donde el aire es denso y el 100% del haz original todavía está presente, por lo que la ley del cuadrado se hará cargo pronto de todos modos.
@mlk Cuando esté lo suficientemente cerca del haz para que la intensidad disminuya linealmente, el haz también subtenderá un ángulo significativo en su campo de visión, lo que extendería la imagen sobre un área más grande de la retina con una intensidad correspondientemente menor por unidad área. Si esto realmente ayuda está más allá de mi conocimiento; y no creo que no ayudaría en absoluto contra el daño corneal.
Al leer más profundamente en esta respuesta, ¿no significa eso que la atmósfera disipará suficiente energía de tal láser que sería casi inútil para la propulsión?
@JanDorniak Eso depende de la longitud de onda de la luz, como se demuestra en esta respuesta . Puede ser una cantidad útil en algunas longitudes de onda, especialmente en microondas, pero existe un límite superior definido.
@DavidK En realidad, no creo que esto sea cierto. ¿Has mirado en un puntero láser, antes? La luz aparece como un punto diminuto, incluso con el ojo presionado contra la apertura. AFAIK, esto es lo que hace que los láseres sean peligrosos: un láser ideal enfocado por una lente ideal converge en un punto infinitesimal, aumentando la energía por unidad de área hasta el infinito, de una manera que la luz no coherente normal no permite. (y potencialmente quemar un pequeño camino a través de su retina).
@AlexP Creo que la ley de la distancia al cuadrado no se cumple para los láseres, porque, para empezar, actúan infinitamente lejos. ... Bueno, láseres ideales, de todos modos. Los láseres imperfectos tienden a divergir, por lo que HABRÍA algún tipo de caída.
@Cadence, ¿no es realmente un láser? No es que los masers sean muy diferentes.
@Erhannis: No existe un espejo perfecto. (Porque las líneas y superficies ideales, como planos o esferas, no pueden existir en la naturaleza). El rayo láser divergirá y obedecerá la ley del inverso del cuadrado. Pero, sí, la constante de proporcionalidad puede hacerse arbitrariamente pequeña.
@JanDorniak La atmósfera es bastante transparente en luz visible (por eso la usamos para ver cosas), por lo que podría usar un láser de luz visible, aunque con una eficiencia más baja y una potencia máxima.
@Erhannis Ni mlk ni yo estábamos hablando de mirar un láser. Estábamos hablando de la luz que la atmósfera dispersa en tu dirección, aunque el láser esté apuntando en una dirección completamente diferente de donde estás. (Y cuando dices "incluso con el ojo pegado a la abertura", ¿estás hablando por experiencia? No me importaría probar ese experimento yo mismo, gracias, incluso si fuera remotamente relevante para este tema).
@DavidK Oh, eso tiene más sentido, entonces, gracias. (Y sí. Cuando era niño, no estaba al tanto de los peligros de los punteros láser. Afortunadamente, parece no haber causado ningún daño).

Cuando lee que los rayos láser están muy bien colimados, no significa que no diverjan en absoluto. Solo les toma largas distancias para mostrar una divergencia apreciable, pero SÍ divergen.

Por ejemplo, en el experimento Lunar Laser Ranging , el rayo láser que se dispara desde la Tierra ya no es un punto cuando llega a la superficie de la Luna.

En la superficie de la Luna, el haz tiene unos 6,5 kilómetros (4,0 millas) de ancho.

Sólo para darle una medida, cada 10 17 fotones disparados, solo 1 se recoge en la Tierra (después del viaje de ida y vuelta).

Como puede ver, la distancia es su amiga, extendiendo el rayo láser sobre un área grande.

Si elige una frecuencia en la que la atmósfera es opaca, tendrá una mayor atenuación.

La distancia a la luna es aproximadamente 1000 veces mayor que la de una órbita terrestre baja, en el rango LEO la divergencia no la hará tan inofensiva. Y dudo que alguien elija una frecuencia en la que la atmósfera sea opaca para un láser que debería penetrar en la atmósfera (después de todo, la propulsión del haz requiere un láser terrestre, y se supone que la escoba láser también está basada en tierra, también podría ser colocado en órbita en teoría).
@Alice, OP está preguntando acerca de disparar un láser orbital, no un láser terrestre.
Si elige una frecuencia en la que la atmósfera es opaca, tendrá incluso más reflejos que regresan al suelo.
@ user535733 El cuerpo de la pregunta dice láseres tierra-espacio.
@ L.Dutch-ReinstateMonica OP está preguntando sobre un láser terrestre, simplemente no se dieron cuenta de lo que significa orbital. (Lo dijeron en un comentario).

No hay necesidad de gafas.

La ley del cuadrado inverso está fuera amigo aquí.

Una de las cosas que hace que el láser sea un peligro para los ojos, mientras que otras fuentes de luz (bombillas) no lo son, es que la luz láser se alinea en un haz. Esto significa que incluso un láser modestamente potente puede generar un punto de luz mucho más brillante que una bombilla potente donde la energía está mucho más dispersa.

Ahora, cuando la luz láser se disperse desde estos desechos orbitales y asteroides, la luz dispersada saldrá en todo tipo de ángulos, por lo que se extenderá en todas (o al menos en muchas) direcciones.

La órbita cercana a la Tierra está a 20.000 km sobre el suelo. Digamos que un láser golpea algunos escombros o la placa posterior de una nave espacial que utiliza un lanzamiento asistido por láser a esa altura. Supongamos además (por simplicidad) que la luz láser se dispersa uniformemente en todas las direcciones angulares. Entonces, en la marca de 20,000 km, la energía se distribuye uniformemente sobre una esfera con un área de superficie de 5 × 10 15 metros (un 5 seguido de 15 ceros).

En la Tierra, la luz del sol tiene una intensidad de alrededor de 1 kilovatio por metro cuadrado. Para ser tan brillante como el sol (visto desde la superficie de la Tierra), la potencia que necesita para salir de este pedazo de basura espacial es de aproximadamente 5 × 10 18 vatios. Esto es 5 exajulios por segundo.

Pongamos eso en perspectiva, según wikipedia ( https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumption#/media/File:Japan_energy_and_GDP.svg ) el uso de energía de Japón (creo que solo en la red eléctrica) fue de aproximadamente 20 exajulios en la totalidad de 2010.

Este láser hipotético está disipando la energía de un Japón en luz de dispersión desperdiciada cada 4 segundos.

Ahora hay muchas suposiciones aquí, los factores de 10 o incluso 100 o posiblemente 1,000 podrían modificarse ajustándolos. La mayor debilidad es la suposición de una distribución uniforme, el asteroide que estás derritiendo podría tener una gran faceta metálica plana que actúa como un espejo. Pero el punto sigue siendo, ningún sistema láser plausible que opere en el espacio tiene alguna posibilidad de acercarse a eclipsar al sol debido a la dispersión del láser. Supongo que causar una ceguera generalizada requeriría alcanzar intensidades en este tipo de estadio.

Todavía hay peligros. Si algún error informático (o ataque terrorista, ataque cibernético, otro problema) hizo que un láser girara su rayo directamente hacia la Tierra, entonces el peligro es potencialmente mucho mayor.

Un último punto. Si uno encontrara que los peligros eran mucho mayores que los indicados por mis estimaciones, y la ceguera era de hecho un peligro. Entonces, una posible solución es elegir láseres que operen en una longitud de onda que sea fuertemente absorbida por la atmósfera. Esto tendría inconvenientes (todas las estaciones láser tendrían que estar en el espacio), pero garantizaría que la Tierra estuviera a salvo.

Si hay una superficie de espejo, no causará ceguera generalizada, pero puede causar ceguera a unas pocas docenas (o tal vez incluso cientos) de personas desafortunadas que estarían en el área donde se reflejaría una parte significativa del haz. Es lo mismo que con los láseres ordinarios: mientras que un láser de pequeña potencia no representaría una amenaza si se dispersara uniformemente, siempre existe el riesgo de que golpee una pequeña mancha reflectante y golpee su ojo.

Estoy de acuerdo con la observación sobre los beneficios de la ley del cuadrado inverso para mitigar este problema. Agrego también que la longitud de onda del modo de operación del láser también es un factor importante

ingrese la descripción de la imagen aquí

Longitudes de onda superiores a 1,5 m m son absorbidos por el agua, esto los hace seguros para los ojos ya que el agua en el globo ocular absorbe la radiación antes de que pueda dañar los conos y bastones de la retina.

Si sus láseres basados ​​en planetas operaron en las bandas de paso a ~5.5 m m y ~6.5 m m, si se minimiza la atenuación, la energía pasaría a través de la atmósfera inferior con pérdidas mínimas y la ley del inverso del cuadrado haría que la luz refractada fuera demasiado atenuada, tanto por la atmósfera como por la sustancia viscosa del ojo, para dañar la visión de los transeúntes.

Dicho esto, los sistemas láser querrían operar en la cima de las montañas, para reducir la densidad y absorción de la atmósfera, o en lugares áridos con bajo contenido de agua atmosférica. Estas dos condiciones maximizarán la transferencia de energía al objetivo.

También habría cierta preocupación con el polvo, ya que podría absorber energía y emitir destellos en diferentes longitudes de onda que podrían estar en el rango UV. Piense en electrones termalizados o mecanismos fluorescentes: hay muchos procesos disponibles para hacer que la materia genere fotones en respuesta a la energía.

Esta tesis de maestría analiza la transmisión y absorción de IR en la atmósfera, si desea obtener más información.

Es bastante exagerado llamar a la "absorción de agua" un medio para hacer que los láseres sean seguros para los ojos. Ver láseres de CO2 para el tipo de daño causado a los ojos por láseres IR.

¿Cómo evitas que millones de personas se queden ciegas cuando miran al cielo sin darse cuenta?

Esto va a ser muy obvio, pero...

Si el láser está en el suelo y apuntando al cielo, eso significa que la luz va hacia el cielo. Para quedar cegado por un láser, la luz del láser tiene que entrar en el globo ocular. Eso significa que tienes que estar en el cielo, no solo mirar el cielo.

A menos que el láser se refleje accidentalmente en un avión.

Así que no apuntes a los aviones ni a la ISS.

Como señala el OP, solo ver el haz de láseres de alta potencia es peligroso. (Es posible que desee preguntarle a este tipo sobre eso ...) Dicho esto, otros han declarado que este es solo el caso en distancias cortas y/o debido a reflejos accidentales.
Hasta donde yo sé, la razón principal por la que no debería estar cerca del haz de un láser de alta potencia sin equipo de seguridad es por los reflejos accidentales.
Enormes láseres disparando a la órbita y dañando los ojos; ¿Cómo prevenir la ceguera masiva?
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