Question:
Pourquoi ne pouvons-nous pas voir la lumière voyager du point A au point B?
Zer01
2015-07-29 07:41:47 UTC
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Disons que nous avons un nuage de poussière d'une année-lumière et que quelqu'un projette un faisceau de lumière d'un point A à un point B, pourquoi il n'est pas possible pour un observateur très éloigné de voir la lumière pendant qu'elle traverse le nuage à la vitesse de la lumière?

light

Savez-vous que ce n'est pas possible?
Voici le hic: calculez l'intensité nécessaire pour la source d'origine lorsque vous parlez d'échelles de longueur de l'ordre des années-lumière.Même avec un faisceau d'origine fortement (mais pas parfaitement!) Collimaté, la lumière diffusée est projetée dans une grande partie de la zone solide et tombe donc avec la dépendance familière.Alors, concevez le bon système de détection et ce n'est pas un gros problème, mais comptez, par exemple, sur le globe oculaire Mk I et vous avez des problèmes.
Quelle que soit la lumière qui pénètre dans votre œil, ce n'est pas une lumière qui voyage vers B.
Dans la plupart des nébuleuses, la densité de matière est inférieure à celle des vides que nous créons sur Terre.Il y a de la dispersion, mais pas beaucoup - mais c'est * la seule raison pour laquelle nous pouvons voir la lumière visible des nébuleuses en premier lieu.Bien sûr, étant de si faible intensité, nous avons tendance à nous fier à l'émission infrarouge à la place - mais même cela est le résultat d'un chauffage, dans certains cas, d'une étoile proche.
Je ne sais pas s'il s'agit d'une question d'échos de lumière ou d'un malentendu fondamental sur ce que signifie voir quelque chose.
Dans la plupart des cas, vous appelleriez cela «voir la poussière au fur et à mesure que l'impulsion lumineuse la traverse» plutôt que «voir l'impulsion lumineuse se déplaçant à travers la poussière».Bien sûr, ce avec quoi vous interagissez réellement n'est ni l'un ni l'autre, c'est la lumière émise par la poussière ou réfléchie par la poussière lorsque l'impulsion lumineuse rencontre la poussière.Ce que vous appelez n'est pas vraiment pertinent, mais peut conduire à une nouvelle perspective ou compréhension.
J'ai signalé cette question comme "ne sait pas ce que vous demandez".À l'heure actuelle, la moitié des lecteurs semblent supposer que la question demande pourquoi l'observateur ne voit pas la lumière, et la moitié des lecteurs semblent supposer que la question demande pourquoi l'observateur ne voit pas la poussière s'illuminer progressivement de A àB.
Si l'observateur est plus loin que B, alors la lumière sera déjà arrivée à B à moins que la lumière ne soit suffisamment ralentie par le nuage.
Huit réponses:
#1
+73
user12029
2015-07-29 07:47:42 UTC
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Parfois, nous le faisons, et le phénomène s'appelle un écho lumineux.

enter image description here

Ce que vous En regardant il n'y a PAS de gaz en mouvement. C'est un "écho" exactement comme vous le décrivez.

Le problème est que vous avez besoin d'une impulsion de lumière. Si vous avez un flux de lumière constant, les "échos lumineux" seront exactement comme ce que vous voyez dans le brouillard sur terre.

C'est un lien fantastique, mais je pense qu'une explication plus approfondie est nécessaire.Au moins, disons que la pulsation est due à une supernova.
Je ne suis pas convaincu que cela réponde à la question du PO, du moins pas directement.Je pense que cela pourrait utiliser un peu plus de détails sur le comment / pourquoi il y répond.
@KyleKanos Point A est la nova;le point B est n'importe où ailleurs.
Du bon matos Fuzzy (et Ernie).J'apprends quelque chose de nouveau tous les jours.
C'est la star de l'animation: https://en.wikipedia.org/wiki/V838_Monocerotis
@CeesTimmerman alors le point B inclut l'observateur.
Quelle est la durée représentée dans ce gif?
@duzzy cette information est sur la page wikipedia liée sous "exemples".
@duzzy - D'après les légendes de la [photo Wikipedia] (https://en.wikipedia.org/wiki/V838_Monocerotis#/media/File:V838_Monocerotis_expansion.jpg), c'est un peu moins de 2 ans: de mai 2012 à février 2014.
Techniquement, l'observateur ne voit toujours pas la lumière venant de A à B mais seulement une partie de la lumière réfléchie bien sûr dans ce processus.Mais je suppose, l'OP vient de supposer que ce n'est pas possible pour une raison quelconque, alors qu'en fait c'est le cas.
#2
+24
Ernie
2015-07-29 08:32:01 UTC
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Il serait possible de voir la progression des photons dans l'espace si l'impulsion lumineuse était excessivement intense, et si le nuage de poussière à partir duquel ils se réfléchissent était positionné et façonné pour refléter la lumière vers nous. Plutôt que de projeter un faisceau du point A au point B, il serait préférable que la source lumineuse se trouve entre nous et le nuage de poussière, car la lumière réfléchie par le nuage nous apparaîtrait plus intense et plus probable. être vu par nous. Il est préférable que l'impulsion soit instantanée, sinon elle semblerait être une boule de gaz diffuse en expansion sans aucun détail intérieur, comme le souligne John Rennie dans son commentaire.

Toutes ces conditions étaient remplies par le lien qui NeuroFuzzy fourni, qui semble être une photographie en accéléré d'une impulsion de lumière du V838 Monocerotis faisant écho à une poussière pourrait derrière elle, l'écho de lumière le plus spectaculaire de l'histoire de l'astronomie, selon l'Agence spatiale européenne.

C'est beaucoup plus brillant que même une supernova, mais ce n'est pas exactement une explosion. La lumière de l'impulsion initiale a atteint la terre en 2002. Le V838 Monocerotis n'a pas perdu sa peau extérieure. Au lieu de cela, sa taille a énormément augmenté, jusqu'à ce que sa peau extérieure ne soit pas beaucoup plus chaude qu'une ampoule. C'est un comportement très inhabituel et peut avoir été causé par une étoile en cannibalisant une autre.

L'animation de l'écho lumineux ne représente PAS les débris éjectés. Ce que vous voyez, c'est la lumière elle-même se reflétant sur la poussière interstellaire qui se trouve principalement derrière le progéniteur, pas devant lui. L'écho de lumière forme un ellipsoïde en expansion avec V838 Monocerotis à un foyer et nous observateurs à l'autre. C'est concave envers nous. Une bonne description se trouve dans l'article Wikipedia, qui est le dernier lien ci-dessous.

Voici un compte rendu de l'événement, et une vidéo time lapse encore meilleure, grâce au télescope Hubble: http://www.theatlantic.com/technology/archive/2014/06/space-cannibalism- est-beau / 373260 /. C'est fascinant de voir la progression des photons eux-mêmes alors qu'ils parcourent de vastes distances.

Voici un historique plus complet de l'événement, avec une bibliographie: http://www.phschool.com/science /science_news/articles/enigmatic_eruption_v838.html.

L'article de wikipedia comprend également une bonne bibliographie de références à cette impulsion lumineuse et à l'écho lumineux qui en découle: https: //en.wikipedia .org / wiki / V838_Monocerotis.

J'ai du mal à comprendre pourquoi cela ressemble à un nuage de poussière en expansion.Que verrait-on si au lieu d'un flash, c'était une illumination continue?Serait-ce le résultat du mélange de tous les cadres ensemble?
@Ruslan: vous verriez une boule en expansion de gaz incandescent.La lueur des régions extérieures de la balle aurait tendance à masquer les détails de l'intérieur.La quantité de détails intérieurs que vous verriez dépendrait de la densité du gaz.
@JohnRennie Gaz incandescent?Vous voulez sûrement dire réfléchir la poussière.
@CeesTimmerman: oui, je veux dire seulement que cela aurait l'air de briller parce qu'il diffuserait la lumière.La poussière elle-même est froide.
En quoi est-ce une réponse à la question?Au mieux, c'est une explication sur l'absence totale de détails du Neuro dans sa réponse.
@KyleKanos Il renvoie également à une vidéo plus détaillée.
@KyleKanos: J'ai ajouté un nouveau premier paragraphe pour répondre directement à la question, plutôt que d'expliquer simplement la réponse de Neuro.
#3
+15
WBT
2015-07-29 22:13:14 UTC
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Si une partie de la lumière est réfléchie par la poussière à un angle tel qu'elle est détournée pour atteindre l'observateur, l'observateur verra cette lumière. Cependant, ces photons spécifiques atteignant l'observateur n'atteindront pas B (à moins qu'ils n'y soient réfléchis par l'observateur). De même, à moins que l'observateur ne soit au point B (ce qui n'est pas le cas dans la question posée), ou que la lumière soit réfléchie de B vers l'observateur, la lumière qui atteint B n'atteindra pas l'observateur.

L'observateur peut utiliser l'expérience passée concernant le comportement de la lumière, etc. pour déduire que la source de la lumière n'est pas les particules de poussière mais A, et que toute lumière non dissipée par la poussière atteindra B. Par exemple , dans l'image suivante, nous pouvons déduire que la source de la lumière est le soleil et qu'une partie de la lumière, non dissipée par les particules dans l'air, atteindra probablement des endroits particuliers au sol dans ce champ. Ici, nous pouvons également voir qu'une partie de la lumière atteignant ces points sur le sol est réfléchie vers l'observateur, confirmant l'inférence.

shafts of sunlight over field poking through clouds

L'observateur, illustré par un œil, est un détecteur de lumière qui ne détecte que la lumière qui l'atteint, l'observateur, pas la lumière qui ne l'atteint pas. (C'est la réponse courte à la question.) L'observateur devra également attendre quel que soit le temps nécessaire pour que les photons passent de A à ce sur quoi ils sont réfléchis, à l'observateur.

En revanche, sur cette deuxième photo, certaines fréquences de lumière sont réfléchies par B (points sur le sol) à l'observateur, mais le chemin que la lumière suit n'est pas aussi clairement indiqué en raison de la quantité différente de particules sur le chemin entre ces points au sol et la source de lumière.

shafts of sunlight field

#4
+11
Digital Trauma
2015-07-30 03:12:56 UTC
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En utilisant une caméra capable de capturer "Mouvement à un billion d'images par seconde" , cela peut être fait à l'échelle du laboratoire. La technique utilisée a été appelée femto-photographie.

enter image description here

(Crédit d'image à Ramesh Raskar, professeur associé , MIT Media Lab)

Bien sûr, une caméra qui prend littéralement un billion d'images pleines par seconde est totalement impossible avec la technologie actuelle. En supposant une taille d'image de 1 000 x 1 000 pixels et 3 octets par pixel, une telle caméra devrait générer un débit total de données brutes d'au moins 3 $ * 10 ^ {18} $ octets / seconde ou 24 milliards de gigabits / seconde!

Au lieu de cela, la scène photographiée doit être reproductible (c'est-à-dire totalement immobile et les variations d'éclairage ambiant éliminées). Un laser est utilisé pour envoyer de nombreuses impulsions lumineuses courtes dans la scène. En plus d'éclairer la scène, l'impulsion de lumière laser déclenche un tube à stries, qui capture efficacement une ligne de balayage de l'image. Avec plusieurs expositions répétées, les lignes de balayage peuvent être construites dans une image et plusieurs images dans une vidéo en plein mouvement. L'astuce consiste à synchroniser soigneusement l'heure et les points de vue.

Plus d'informations du MIT ici.

Ceci est un bel exemple de "voir la lumière bouger" mais il serait bon d'inclure un peu plus de description de l'expérience plutôt que de simplement créer un lien vers un site externe (qui peut devenir obsolète)
Votre description est trompeuse.L'animation que vous avez incluse ne montre pas la propagation réelle d'une seule impulsion lumineuse.Pour autant que je sache, aucune caméra existante n'est capable de capturer une telle fréquence d'images avec une telle qualité.------ Au lieu de cela, ils ont capturé des millions d'images de millions d'expositions répétées d'impulsions lumineuses discrètes: _Nous utilisons une méthode indirecte «stroboscopique» qui enregistre des millions de mesures répétées en scannant soigneusement le temps et les points de vue.Ensuite, nous réorganisons les données pour créer un «film» d'un événement d'une longueur de nanosecondes.
Je me souviens que tous les articles de presse de l'époque étaient également trompeurs.Tout le monde a dit "omg une caméra qui est assez rapide pour montrer la lumière en mouvement", ce qui est complètement absurde.
@LightnessRacesinOrbit J'espère avoir clarifié cela un peu, bien qu'à en juger par les votes positifs continus au commentaire de pabouk, je n'ai peut-être pas fait un excellent travail à ce sujet.Dans d'autres nouvelles: pouvez-vous être observé pendant que vous courez en orbite?Ce serait peut-être la meilleure réponse à cette question ;-)
@DigitalTrauma:: P C'est en effet une question similaire!
#5
+8
Scott Baker
2015-07-30 00:04:01 UTC
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Disons que vous construisez un compteur de balles de ping-pong. Il incrémente le décompte à chaque fois qu'une balle de ping-pong touche le capteur.

Vous lancez une balle, et elle touche le capteur: détectée!

Vous lancez une balle à travers le capteur de gauche à droite ... pas de détection, parce que vous n'avez pas touché le capteur.

Votre globe oculaire est un capteur de lumière, qui crée des images à partir de la lumière qui frappe votre nerf optique . Vous ne pouvez pas voir la lumière qui ne pénètre pas dans vos yeux.

Pour étendre cette métaphore à «l'écho léger» dans l'autre réponse - vous lancez un billion de balles de ping-pong en même temps, et une petite fraction d'entre elles rebondit sur les obstacles dans la pièce et frappe le capteur (qui sait également dans quelle directionil a été touché)
#6
+4
almostTheRightThing
2015-07-29 21:25:20 UTC
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Mon projet de maîtrise portait sur quelque chose comme ça (bien qu'avec des lignes d'émission d'hydrogène alpha pour les nuages ​​de gaz entre les galaxies plutôt que de la poussière entre les étoiles) et la réponse dans ce cas (et presque certainement dans celui-ci aussi) est que vous ne pouvez pas voyez-le parce qu'il est trop sombre, mais utiliser des centaines d'heures de télescope peut vous rapprocher (peut-être).

Encore une fois, ce n'est pas exactement la même chose mais c'est un concept connexe: http: / /arxiv.org/pdf/0711.1354v1.pdf

(ce n'était pas moi mais c'était le papier auquel j'ai fait référence le plus souvent.)

#7
+1
Guill
2015-08-05 04:06:22 UTC
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Dans les conditions stipulées, la question est une fausse déclaration. Nous pourrions en effet pouvoir "voir" le faisceau lumineux entre les points A & B. Au fur et à mesure que les photons se déplacent du point A au point B, certains photons seront dévié (en heurtant les particules de poussière) dans notre direction, nous permettant de "voir" le faisceau. Ce n'est qu'en l'absence de particules de poussière (ou de toute autre particule) que nous ne pourrions pas voir le faisceau lumineux.
Pour éviter les complications dues à l'intensité lumineuse, aux grandes distances et à la diffusion, l'expérience est réalisée en laboratoire, en utilisant un faisceau laser, et la distance entre A & B est égale à une nanoseconde lumière.

#8
  0
N.S.
2015-08-05 15:54:12 UTC
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Si le photon que vous avez décrit va passer de A à B, il n'y a aucune raison que vous puissiez le voir à la position C. Car si vous pouviez voir le photon, il s'était déplacé de A à C, là où vous êtes, pas B. Par conséquent, vous ne pouvez pas voir le chemin parcouru par la lumière, à moins que, comme d'autres l'ont dit, quelque chose comme un atome ne le dévie. Dans toutes les réponses ci-dessus, quelque chose a réfléchi la lumière pour qu'elle parvienne à l'appareil photo du photographe. Sinon, il est impossible de voir ce photon.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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