¿Puede un láser en el espacio exterior realmente aparecer como "balas" visibles?

En Star Wars, disparan plasma hecho de gas energizado (Tibanna). El plasma viaja significativamente más lento que la velocidad de la luz, por lo que el ojo humano puede percibirlo como una especie de "bala".

Hacer una bala láser no es factible con versiones mejoradas del armamento láser moderno, ya que un verdadero láser viaja a la velocidad de la luz: cada disparo parecería ser una línea entre el objetivo y la fuente a menos que las distancias involucradas fueran enormes. Incluso si eso está bien, todavía tiene el problema de que los láseres solo son visibles debido a la dispersión de la luz de las cosas en el camino . El vacío no tendría suficiente para que esto fuera significativo, y la dispersión suficiente para hacerlo visible probablemente resultaría en una floración, lo que evitaría que las armas fueran muy efectivas.

Ahora, si quieres algo muy parecido al estilo de Star Wars, puedes quitarte el sombrero de escepticismo y mirar el proyecto Marauder . Si hay que creer en Internet, existe una tecnología (a partir de 1993) que puede lanzar anillos de energía de hiperproyectiles. Si estuviera lo suficientemente lejos como para que la velocidad relativa pareciera ser inferior a ~ 60 mph, entonces lo percibiría como una especie de bala láser. (NOTA: el proyecto parece 100% real; el escepticismo radica en si realmente logró o no lo que pretendía).

Un rayo láser está formado por un grupo de fotones que viajan con la misma fase y dirección.

Por lo tanto, la única forma de verlo (cuando no eres el objetivo) es que el rayo se disperse a lo largo de su camino.

Al aire libre esto es posible, ya que el polvo está en todas partes junto con otras partículas, dando la apariencia habitual en los laboratorios de láser.

Pero cuando estás en el espacio, apenas tienes partículas alrededor para dispersar fotones.

Por lo tanto, no verá ningún rayo láser cuando se dispare.

Si desea que los láseres sean visibles, deben golpear algo. El espacio es notable por la falta de cosas para golpear.

Para que una 'bala láser' de banca-banca sea visible, desea que se muevan a menos de la velocidad de la luz y que irradien luz. Entonces, algo físico y caliente, como plasma, un cohete o un arma cinética.

Bueno... un poco...

Cuando un láser está encendido, emite continuamente luz coherente. La única forma de obtener "ráfagas" es pulsar el haz. Pero recuerda la velocidad de la luz (c = 299 792 458 ^m ⁄ _s ). Una respuesta inteligente sugiere que los humanos generalmente pueden ver pasar un F-14 de 20 metros de largo, lo que sugiere una duración de pulso de 50 ms, lo que nos da una longitud de pulso de 14,990 km.

Todo el mundo es diferente, pero voy a suponer que necesitamos la misma duración de "apagado" para distinguir fácilmente entre pulsos. En el mundo de la electrónica lo llamamos un ciclo de trabajo del 50%.

OK, láser encendido = 50 ms, láser apagado = 50 ms.

Tenga en cuenta que esto es terriblemente ineficiente y ningún capitán espacial en su sano juicio perdería tanto tiempo sin disparar un láser... a menos...

Tocaba la bocina enorme y la óptica o la fuente de emisión no podían soportar un largo tiempo de "encendido" y necesitaban el tiempo de "apagado" para enfriarse. O tal vez necesitamos cargar algunas baterías. O tal vez necesitamos algo de tiempo de burla entre disparos. Vamos a rodar con esto.

Un láser de 6 kW atravesará acero inoxidable de 1,0" , pero eso es para cortar. El orificio es diminuto , de unos 320 μm. ¡Pero el barco del Rey Goombah tiene media milla de largo! Necesitamos algo que perfore un diámetro de 10 metros. ¡agujero! Así que necesitamos 187,5 megavatios. Excepto que los vatios son julios por segundo y nuestro cortador es un sistema continuo. Entonces, para generar el mismo impacto enorme que nos daría un segundo de corte, necesitamos otros 20 × el poder.

3,75 gigavatios. ¡ Tome ese Doc Brown! Pero aún más, eso solo corta una pulgada de acero inoxidable. Necesitamos atravesar al menos 20 metros de barco para que valga la pena, lo que nos lleva a 147,6 gigavatios. ¡Ahora estamos cocinando con gas! Y finalmente estamos en un nivel de potencia en el que podría creer la necesidad de una ráfaga corta y un enfriamiento prolongado.

Pero, para la última parte de tu pregunta, ¿pudiste verla?

(A) Su primer problema es la distancia. Recuerde, ese pulso de luz está zumbando a lo largo de 300.000 ^km ⁄ _s . Ya hemos establecido que el pulso tiene una longitud de 14.990 km. Eso de nuevo para el tiempo libre. Tal vez una vez más para que puedas disfrutar de cómo se ve el pulso. Vuestras naves están separadas por 44.970 km. Eso es aproximadamente 10 veces el ancho de los Estados Unidos o ⅛ de la distancia de la tierra a la luna. Podrías verlo irse y verlo venir, pero no ver su impacto sin un telescopio.

(B) Necesitas algo para quemar. Ahora, hay algo allí . Los átomos de hidrógeno son aproximadamente 1 por centímetro cúbico y el polvo cósmico es 1/1000 de eso. Pero estamos hablando de un haz de 10 metros de diámetro y 14.990 km de largo que recorre 44.970 km de espacio. No será espectacular en Hollywood, pero es creíble que hay algo fantasmal que ver. Nuestro haz abarca π·r ² ·h = 1,18 × 10 ⁹ metros cúbicos y atravesará 3 "longitudes de haz" entre los dos barcos para un total de 3,53 × 10 ⁹metros cubicos. Eso está quemando 35 cuatrillones de átomos de hidrógeno y 35 billones de partículas de polvo cósmico (suena como mucho, pero no lo es). Pero me gustaría suspender mi incredulidad y sugerir que habría algo que ver, si las luces de su puente no fueran demasiado brillantes y no estuviera luchando por respirar en este momento.

Suponiendo que los cazas estén lo suficientemente lejos (un segundo luz más o menos), debería haber suficiente tiempo para ver "ráfagas" discretas de láser, pero el entorno de los cazas puede tener un ENORME impacto en la visibilidad de los láseres, incluso a distancias más cortas. podría ser visible (como en un juego de etiquetas láser).

La NASA dice que alrededor de nuestra Tierra en este momento :

Hay más de 20.000 piezas de escombros más grandes que una pelota de softball orbitando la Tierra.

Hay 500.000 piezas de escombros del tamaño de una canica o más grandes.

Hay muchos millones de piezas de escombros que son tan pequeñas que no se pueden rastrear.

La prueba antisatélite de China de 2007, que usó un misil para destruir un viejo satélite meteorológico, agregó más de 3.000 piezas al problema de los escombros .

Ni siquiera ha habido batallas espaciales alrededor de la Tierra (¿verdad?) Excepto por la prueba antisatélite (y creo que solo agregó 3,000 piezas rastreables más grandes que una canica, probablemente muchas más piezas diminutas no rastreables) así que estos millones de pequeños los bits del tamaño de una canica son solo de 6 décadas más o menos de vuelos espaciales "locales" ocasionales.

Si sus batallas tienen lugar alrededor de un planeta (o cualquier objeto) que tiene siglos de vuelos espaciales, y especialmente ha tenido batallas allí antes, debería haber mucha más basura, tal vez incluso una fina "niebla" de desechos viejos (como prototipos). anillos). Incluso si las naves utilizadas allí tienen "deflectores" magnéticos o de gravedad, un rayo láser no los tiene.

• Básicamente, todas estas partículas llenarían el vacío del espacio, como el polvo en una habitación, que sería golpeado por cualquier rayo láser y "las iluminaría", para que pudieras verlas tal como puedes ver los rayos en un juego de etiquetas láser. , y si está lo suficientemente lejos y los rayos son lo suficientemente cortos o rápidos, se verían como "disparos" discretos y separados.

Aquí hay una imagen de earthobservatory.nasa.gov que muestra solo los objetos alrededor de la Tierra de más de 10 cm, la escala de los puntos definitivamente está mal, pero considerando los millones de objetos más pequeños, puede que no sea tan malo.

Y algunos otros enlaces para más información:

• Preguntas frecuentes de NASA.gov: desechos orbitales : la cantidad de partículas de menos de 0,4 pulgadas (1 cm) probablemente supere las decenas de millones.
• Eliminación de desechos espaciales (SpaDE) : elimine los desechos de la órbita disparando pulsos enfocados de gases atmosféricos en el camino de los desechos objetivo. _{[Parece que quieren lanzar la atmósfera de la Tierra al espacio, para ralentizar la basura espacial, me pregunto si la atmósfera regresaría también.]}

Para que las "balas láser" sean visibles se necesitaría:

• Frecuencia visible : ya sea láser de longitud de onda visible (a diferencia de IR/UV/rayos X/otras longitudes de onda), o algún tipo de dispersión o medio circundante que absorbe y vuelve a emitir a una frecuencia visible (debido al calentamiento o de otro modo) una pequeña parte de la viga (pero no mucho).
  
  Si el haz es inmensamente poderoso, una pequeña proporción dispersada o re-irradiada podría ser suficiente. Podemos imaginar el haz lo suficientemente poderoso como para hacer que "una pequeña proporción" sea tan poderosa como se necesita para iluminar el medio circundante, lo que ayuda.

• Duración que tiene dos aspectos: cuánto tiempo se dispara realmente el rayo y la duración/persistencia del efecto visible . Como la pregunta es principalmente sobre el efecto visible, lo haré primero, aunque en realidad están estrechamente relacionados.
  
  (a) Efecto visible / "persistencia de la visión" (técnicamente: imagen secundaria)- una 'bala' láser (efecto visual) tendría que durar lo suficiente para crear una imagen o una imagen remanente. Eso es un problema, porque el ojo humano necesita que el destello visible dure una cantidad de milisegundos para que se vea una imagen perceptible o sustancial o una imagen residual, pero un rayo de arma láser realista no duraría una fracción de tiempo (mucho mejor y más fácil para apuntar a un área pequeña y el tiempo de suministro de energía más corto, para obtener el mayor TW/mm^2 y, por lo tanto, disparar un láser de 100 TW durante 200 nanosegundos que un láser de 1 TW durante 20 microsegundos). Otro problema es que muchos de los láseres más potentes de la actualidad son láseres pulsados ​​(niveles de potencia mucho más altos, enfriamiento entre pulsos, incluso si los pulsos están separados por nano o microsegundos), y no hay ninguna razón actual para pensar que eso cambiará.
  
  Pero "pulso" aquí no significa pulsos como los que ves en las películas. En las películas, los pulsos son como balas, un rayo se dispara durante, por ejemplo, 0,05-0,1 segundos, que es una duración que se ve fácilmente a simple vista, y luego se vuelve a disparar después de, por ejemplo, 0,1-0,4 segundos, dependiendo de la película. En realidad, es más probable que la duración de un láser pulsado se mida en picos a milisegundos y, según el diseño, puede ser "único" o, a veces, puede ser (probablemente será) tan cercano como para parecer continuo para los propósitos. de imágenes secundarias visibles, lo que permite acumular energía (técnicamente: niveles de energía bombeados) y luego liberarla en poco tiempo.
  
  (b) Patrón de disparo real- Los pequeños intervalos de tiempo de los láseres de alta potencia reales probablemente no sean un problema. Esto se debe a que los mecanismos críticos no necesitarían un gran agujero para causar un daño inmenso y la reparación de daños profundos puede ser más difícil de reparar rápidamente (piense en términos de un láser que golpea cualquier cable, cableado, microcircuito, panel de visualización, barrera de vacío de personal o equipo o recinto), por lo que la penetración probablemente importe más que el ancho/área. Probablemente también pueda sincronizar un movimiento de haz lateral para "rebanar" un poco, incluso en muy poco tiempo, más aún si sabe dónde apuntar que causará daño incluso en un 'golpe' pequeño pero penetrante.
  
  La diminuta cantidad convertida en luz visible podría implicar un láser invisible (¿rayos X/UV?) que calienta el medio, y no solo vuelve a irradiar como luz visible, sino que también vuelve a irradiar durante una fracción significativa de segundo hasta que se enfría de nuevo. Por lo tanto, probablemente podamos sortear el problema de la visibilidad del haz de esa manera, incluso para una duración del haz demasiado corta para que la vea la visión humana.

• Dimensiones de la sección transversal : no pude encontrar información sobre esto, pero intuitivamente, cuanto más estrecho es el haz, menos medio se calienta o se dispersa, o menos visible para el ojo; presumiblemente llega un punto en el que es demasiado estrecho para ver. Pero como la visibilidad probablemente se deba al calentamiento o la dispersión, podemos sortear eso con un haz más potente, como el anterior.

• Efecto de "bala en movimiento" : no obtendrá el efecto de "bala en movimiento", solo un efecto de rayo iluminado (cuando el medio lo permita), porque en cualquier escala de batalla realista, el rayo se iluminará a lo largo de toda su trayectoria simultáneamente. , para cualquier propósito práctico.

Sí, los disparos de las armas de los barcos pueden verse durante el combate, pero solo a través de la pantalla táctica de realidad virtual inmersiva tridimensional en la cubierta de mando de cada barco. Las computadoras defensivas en la nave de cada combatiente analizan los datos de los sensores en tiempo real y convierten el fuego ofensivo enemigo en pulsos de láser brillantes distintos para ayudar al capitán a tomar decisiones estratégicas y de navegación. De manera similar, cuando la computadora alerta a la tripulación de la nave sobre eventos importantes, produce el conocido sonido heredado "pew-pew" para disparos, o el rugido del acelerador para objetos espaciales activos de diferente velocidad y masa que pasan cerca de la nave a una velocidad determinada. distancia peligrosamente cercana.

El uso de las distintas imágenes de pulso láser y los efectos de sonido particulares es solo un guiño nostálgico a las grandes películas de ópera espacial de la era tecnológica temprana del mundo natal, y podría tener su origen en una guerra incluso anterior en las condiciones atmosféricas (donde los sonidos ambientales son posibles). ) que más de la población podría haber experimentado o puede relacionarse intuitivamente. Los capitanes más modernos prefieren representaciones de líneas más ricas en datos donde la densidad del plasma se representa como el grosor de la línea y el nivel de energía por color. Aún así, muchos de los capitanes más antiguos todavía usan la configuración de pulso láser en sus sistemas HUD, por lo que no es raro ver recreaciones de batalla representadas en este estilo.

Tenga en cuenta que nadie ha visto una batalla de naves espaciales y ha vivido para contarlo. Solo hemos visto representaciones renderizadas por computadora de batallas de naves espaciales, representadas en tiempo real o más tarde para revisión estratégica y entrenamiento. Con todas las energías invisibles corriendo incluso durante los conflictos de naves espaciales más pequeños, y con los peligros hostiles de la exposición directa al vacío espacial y la radiación fuerte, lo último que cualquiera de nosotros querría es ser un observador de asiento de primera fila como representado en esas películas de antaño.

Como han señalado correctamente otras respuestas, no se puede ver un rayo láser a menos que haya polvo alrededor y el espacio esté vacío, incluso la órbita terrestre baja está demasiado vacía. Sin embargo, las batallas tienden a generar grandes cantidades de humo y polvo.

En las batallas espaciales no podemos esperar polvo de la caballería al galope o de los cañones de pólvora, como era común en las batallas de hace unos siglos, y el humo se dispersa en el espacio más rápido que en las batallas navales de la era de los cruceros de batalla, ya que no hay aire para reducir la velocidad. el humo, pero de todos modos, una batalla espacial como las peleas de perros y los destructores imperiales disparando a quemarropa como los de Star Wars producen muchas explosiones grandes e incendios en un volumen relativamente pequeño. Por lo tanto, en una batalla de este tipo, esperaría un ambiente lo suficientemente polvoriento como para que se vea un potente rayo láser, siempre que el pulso sea lo suficientemente largo y que su frecuencia esté en el rango visible.

Una andanada de láseres no es posible en el sentido del que hablas. Como se indicó anteriormente, necesitaría que la luz se dispersara de las partículas para que el láser fuera visible, pero incluso si fuera visible, no creo que un láser sea lo que está buscando. Algo que está contenido dentro estalló, algo así como un 'caparazón', por así decirlo.

El caparazón podría ser electromagnético y contener algún tipo de plasma en su interior que entraría en erupción al golpear un objetivo. Incluso podría tener un proyectil cinético de metal que sea altamente magnético para retener el plasma. Tal vez si quiere dar un salto de fe y hacer algo de antimateria o partícula exótica que tenga sus propias propiedades, podría investigar/inventar con alguna investigación sobre física de partículas que lo ayudaría a lograr el efecto deseado.

Debido a los efectos de la interferencia de las ondas de luz, otra fuente de luz que pasa a través del láser PODRÍA hacerlo visible, pero apenas (y ciertamente no como una línea).

Un arma similar a un láser, como la materia superexcitada, es un candidato mucho más probable.

Es difícil pensar en un escenario creíble que cree un rayo visible (estoy usando un término más amplio a propósito) en el espacio.

En el vacío del espacio, un rayo láser, por supuesto, será invisible, al igual que un rayo láser en el aire sin humo es invisible.

Como dijo @Jeutnarg, en Star Wars se dice que los rayos bláster están hechos de plasma. Eso me suena como una justificación posterior al hecho para explicar su velocidad percibida y el hecho de que puedes verlos en absoluto. Pero es difícil imaginar un mecanismo para contener plasma en forma de barra o haz. Presumiblemente, se requeriría algún tipo de botella magnética, pero los campos magnéticos no son autosuficientes. Provienen de electrones en movimiento. El plasma contiene muchos de ellos, pero el comportamiento de un plasma es bastante caótico. Para controlarlo en un tubo, necesita campos magnéticos generados externamente muy fuertes. Pero, si los generadores de campo están en el propio arma, entonces las intensidades de campo cerca del transmisor tendrían que ser inmensas, para dar buenas intensidades de campo para contener el plasma que está más lejos.

A mi juicio, los rayos bláster visibles estilo "pew-pew" o rayos de pistola de rayos requieren física de fantasía. Pero, de nuevo, también lo hacen los viajes FTL, por lo que no es tan malo.

Bueno, podrías ver el láser como una bala o al menos como un rayo corto si lo ralentizas realmente, MUY MUY despacio. La cuestión es que la luz viaja tan rápido que no podemos ver los láseres como las cosas de movimiento lento que vemos en las películas (como la guerra de las galaxias). Y sí, si es un láser en el espectro de luz visible con la ayuda de algún tipo de precipitado que rebota un poco en el láser, puedes verlo. Y listo, tienes una bala láser.

Como muchos han dicho, el "láser" tendría que ser en realidad partículas no fotónicas, probablemente plasma, antimateria, antimateria en estado de plasma...

Ahora, para un "banco" adecuado, los detalles se vuelven más complicados. El espacio está vacío, por lo que no hay vibraciones de partículas (sonido) para recibir. El "láser" que se dispara podría emitir una ráfaga de partículas adicionales (piense como residuos de pólvora, solo que ahora es lo que usan para energizar las partículas y disparar) y eso sale de la fuente del disparo como un sonido perceptible. . El problema es que sería la única fuente del sonido. Si estuviera justo al lado del "láser" cuando pasara, no escucharía ningún sonido. Ahora, si la colección de partículas del proyectil fuera inestable, tal vez irradiando algo de su propio material a medida que avanzaba, entonces también podría haber un sonido (esto también significaría que se debilitaría con la distancia, perdería energía al arrojar esas partículas además de la energía perdida si emite luz a partir de su propia energía). Pero no tendría efecto Doppler al pasar, ya que estaría emitiendo sus propias partículas. Entonces, si pasara por tu oído, tendría un tono constante.

Supongo que podría remediar esta deficiencia a. Hacer que el "banco" sea una combinación del disparo inicial seguido del desprendimiento del proyectil de su propio material b. Incluya en la mecánica del propio proyectil una razón para el cambio de tono, por ejemplo, sube desde un tono bajo porque las partículas de mayor energía que contiene se desprenden primero.