網(wǎng)漫xkcd作者、前NASA機(jī)器人專(zhuān)家Randall Munroe最近在他的網(wǎng)站上開(kāi)設(shè)了一個(gè)“來(lái)信侃”的問(wèn)答欄目，專(zhuān)門(mén)回答一些奇奇怪怪的讀者來(lái)信問(wèn)題，下面是該欄目的最新一期：
如果地球上所有的人都拿一個(gè)激光器，并同時(shí)將光束指向月球，那么月亮的顏色會(huì)改變嗎？
——來(lái)自Peter Lipowicz的問(wèn)題
如果我們用一般的激光器，月亮的顏色不會(huì)改變。
首先要考慮的是，不是所有人都可以同時(shí)看到月亮。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們可以將所有人都集中到一起。但是，煎蛋上一次發(fā)表的[研究表明](http://jandan.net/2012/08/23/everybody-jump.html)：這并不是一個(gè)好主意。一片大致是上海市區(qū)那么大的土地（4000平方公里）上會(huì)熱熱鬧鬧的擠滿(mǎn)70億人。通信，交通，談戀愛(ài)，社會(huì)秩序，甚至吃喝拉撒都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重問(wèn)題。各種各樣的人會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因?yàn)榭茖W(xué)獻(xiàn)出生命。所以，退爾求其次，這次實(shí)驗(yàn)，我們能讓多少人參加就讓多少人參加吧。這樣，我們只要選一個(gè)合適的時(shí)間保證所有參加者都能看到月亮就可以了。又因?yàn)槭澜缟?5%的人口住在東經(jīng)零度到東經(jīng)120度的區(qū)域內(nèi)，我們應(yīng)該選擇月亮照耀在阿拉伯海上的時(shí)候做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。
該選擇照射月亮的時(shí)間了，我們可以選擇照射新月或者滿(mǎn)月。相比之下，新月更暗。這樣，我們的激光照上去效果更明顯。但問(wèn)題是，新月大部分只有在白天才能夠看到。這樣，激光照射的效果又不明顯了。
所以我們不考慮亮度的問(wèn)題了。那么最理想的時(shí)間是2012年，11月27日，美國(guó)東部時(shí)間下午兩點(diǎn)。這時(shí),一輪滿(mǎn)月掛在孟買(mǎi)和伊斯蘭堡的上空。大部分生活在亞洲，歐洲以及非洲的居民都能看到月亮，總數(shù)將近50億人。
但是，為了能對(duì)比激光照射在月球迎光面和背光面的效果，我們還是選擇一彎弦月吧。嗯……2012年12月21日，天上就有彎弦月……等等，根據(jù)瑪雅人和好萊塢的傳說(shuō)，在那天地球毀滅發(fā)大水，所以發(fā)動(dòng)幾十億人“讓我們用激光照射月亮吧”似乎不太有號(hào)召力。好吧，那我們把日子定在格林尼治時(shí)間2013年1月4日零點(diǎn)30分。這時(shí)東亞地區(qū)是白天，而歐洲和非洲已經(jīng)是晚上了。
這就是我們的目標(biāo)。
一般的激光器功率是5毫瓦。而質(zhì)量好的激光器的確有能力將極光發(fā)射到月球上。只不過(guò)，激光的散射會(huì)不小。同時(shí)地球的大氣層也會(huì)折射并吸收一部分激光。但大部分的激光還是能打到月球上的。
讓我們假定所有人用的都是這種普通的激光發(fā)射器。同時(shí)大家都不手滑，激光能夠穩(wěn)穩(wěn)地打到月球上并均勻的散布在月球表面。
在格林尼治時(shí)間午夜過(guò)30分的時(shí)候，幾十億人拿起激光器，瞄準(zhǔn)月球，按下按鈕。
大家激動(dòng)的看著月亮。
坑爹啊…
這倒不難理解。日光在月球上的照射強(qiáng)度是每平米一千瓦出頭。月球的橫截面是10^13平方米。所以，太陽(yáng)在月球上的照射能量總共是10^16 瓦特（10霹瓦，petawatts，PW）。平均分到50億人頭上，相當(dāng)于每人2兆瓦。小小的五毫瓦激光器實(shí)在算不了什么。當(dāng)然了，具體計(jì)算肯定有其它的變量，但數(shù)量級(jí)是不會(huì)錯(cuò)的。
5毫瓦太小了，我們要搞就搞大一些。
能量達(dá)一瓦特的激光是非常危險(xiǎn)的。亮瞎你的眼睛不再話(huà)下，它甚至可以灼傷皮膚，點(diǎn)燃物品。所以在美國(guó)，買(mǎi)這樣的產(chǎn)品是違法的。
哈哈，逗你玩！實(shí)際上，花[1850]塊錢(qián)就可以買(mǎi)到這樣的激光器。(http://www.wickedlasers.com/arctic)
所以，假設(shè)我們花13萬(wàn)億元為每個(gè)人配備了這樣能量為一瓦特的綠光激光器。（堅(jiān)決擁護(hù)這一英明決策?。┝钊烁痈械叫判氖愕氖?，綠光處于人類(lèi)可見(jiàn)光光譜的中部。人類(lèi)對(duì)綠光更敏感。打在月亮上看起來(lái)也更亮。
激動(dòng)人心的時(shí)刻再次到來(lái)。
還是坑爹呀……
我們使用的激光器發(fā)射的光線強(qiáng)度大約是150流明，散布在五角分的范圍內(nèi)。這已經(jīng)比大部分的手電筒都要亮了。但這樣的光線只能給月球帶來(lái)半勒克斯的照度。而陽(yáng)光給月球的照度是13000勒克斯。（就算所有人瞄的都很準(zhǔn)。我們一共也只能給10%的月表面積提供六勒克斯的照度。）
此外，我們從地球上看到的“月光”是太陽(yáng)光線在月球表面反射后回到地球的反射光。滿(mǎn)月反射那130000勒克斯照度的陽(yáng)光而照向地球的“月光”照度大致是一勒克斯。而那來(lái)自激光器的半勒克斯照度的光線在月球上反射后，回到地球的光線是肉眼根本無(wú)法識(shí)別的。
而且，就算是我們站在月球上向地球發(fā)射激光。用這樣的激光器，照到地球上的照明也是半勒克斯，還不如那一勒克斯的月光強(qiáng)……怪不得看不見(jiàn)。
我們的激光器還是不夠亮。
在過(guò)去的10年里，鋰電池和LED技術(shù)迅速發(fā)展。市場(chǎng)上隨處可見(jiàn)高性能手電筒。但是很明顯，手電并不能完成這項(xiàng)任務(wù)。所以，我們直接給每人配備一臺(tái)夜太陽(yáng)（Nightsun）。
這個(gè)名字可能很陌生，但是，估計(jì)你見(jiàn)過(guò)它在使用中的場(chǎng)景。它就是那種美國(guó)警察裝在直升機(jī)上的探照燈。它功率很大，有50，000流明。能夠?qū)⒁黄雇碚樟脸砂滋臁?/p>
這種設(shè)備發(fā)出的光線寬度可調(diào)。我們把它聚焦到半度。這樣，光線可以打到月亮上。
這次總應(yīng)該可以了吧。
似乎還是坑爹……啊，你把顯示器前后扳一下，就能看到：真的有些效果了！我們的光線提供了20勒克斯的照度。這比月亮背光面的環(huán)境光線要強(qiáng)一兩倍。但是，的確很難看出來(lái)。而且迎光面也沒(méi)有什么變化。
那就把夜太陽(yáng)換成IMAX投影機(jī)陣列。投影機(jī)包括兩個(gè)照明單元，總功率為30000瓦。光強(qiáng)有100萬(wàn)流明以上。
還是看不清啊，唉。
在拉斯維加斯的Luxor酒店上安裝著這個(gè)世界上功率最大的探照燈。來(lái)來(lái)來(lái)，每人發(fā)一臺(tái)。
那啥，給每個(gè)探照燈都加上聚光鏡。這樣所有的光線都聚焦在月亮上。
這下看得很清楚了。好！任務(wù)達(dá)成！同志們辛苦了！
……好吧。
國(guó)防部研究已出了兆瓦級(jí)的激光發(fā)生器，目的是為了在空中摧毀來(lái)襲的導(dǎo)彈。
波音YAL-1是一個(gè)裝設(shè)于改裝的波音747上的，功率達(dá)兆瓦級(jí)的氧碘化學(xué)激光器。她發(fā)射的是紅外激光。肉眼看不到。但我們可以想象我們制造了同樣功率極別的可見(jiàn)激光發(fā)生器。來(lái)來(lái)來(lái)，每人發(fā)一臺(tái)。
我們終于能趕上陽(yáng)光的亮度了。
我們用消耗電力功率是5霹瓦（petawatts，10^15瓦）這是世界平均電力消耗功率的兩倍。
恩，那讓我們?cè)趤喼薜拿恳黄矫淄恋厣隙挤派弦慌_(tái)兆瓦級(jí)的激光發(fā)射器。一共有50兆臺(tái)。為了給它們提供能量，我們會(huì)在2分鐘內(nèi)用掉地球的所有的原油儲(chǔ)備。但是在這輝煌的兩分鐘內(nèi)，月球是這樣的。
月亮將會(huì)像正午的陽(yáng)光一樣明亮。2分鐘內(nèi)，月表壤土?xí)患訜嶂涟l(fā)出白熾光。
好吧，讓我們繼續(xù)向不可能的世界進(jìn)發(fā)。
地球上最強(qiáng)的人造激光出現(xiàn)在美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室是研究聚變反應(yīng)的。這束激光是紫外線光，功率達(dá)到500特瓦（500萬(wàn)億瓦，terawatts，TW）但是這束激光支持續(xù)了幾納秒，所以發(fā)射的能量只相當(dāng)于燃燒一杯汽油的能量。
讓我們想象，我們找到了方法發(fā)射并保持這個(gè)強(qiáng)度的激光器，每人發(fā)一臺(tái)，向月球發(fā)射激光。不幸的是，激光的能量會(huì)立即電離大氣層，讓地表起火，所有人都會(huì)死掉。
但是我們假設(shè)所有激光束沒(méi)有大氣層，而是射到了月球上。
在這樣的情況下，地球還是會(huì)起火。從月球上反射的“月光”比正午的日光明亮4000倍。地球上的海洋會(huì)在一年以?xún)?nèi)完全烤干。
誒呀，地球怎樣無(wú)所謂了，月亮?xí)鯓幽兀?/p>
激光本身能對(duì)月亮產(chǎn)生光壓，讓月亮在激光發(fā)射方向上達(dá)到百萬(wàn)分之一個(gè)重力加速度。短期內(nèi)，月球運(yùn)行不會(huì)有改變。但是如果長(zhǎng)期照射，月亮能被推出繞地軌道。
如果光壓是激光對(duì)月球產(chǎn)生的唯一影響就好了……
40兆焦耳的能量足以讓一千克的石塊氣化。
如果我們假設(shè)月亮上巖石的密度是每升3千克，激光的能量足夠每秒讓4米厚的月表巖層氣化。
但是，實(shí)際上，月球上的巖石不會(huì)氣化的那么快。原因是這樣的：
當(dāng)一大塊巖石被氣化，它不會(huì)消失。月球表面的石塊會(huì)變成等離子體，等離子體會(huì)阻礙激光的照射。我們的激光持續(xù)照射等離子體。能量越來(lái)越多，溫度越來(lái)越高。等離子體內(nèi)的粒子互相碰撞，與月表面碰撞，最后以極快的速度散逸到宇宙空間中。
這些粒子的散逸到宇宙空間的過(guò)程對(duì)月球的作用就是一個(gè)噴射發(fā)動(dòng)機(jī)。月球不停的噴射著氣化的石塊。這種以激光照射物體讓其表面物質(zhì)氣化散逸的過(guò)程叫激光消融，這是一種星際旅行極有前景的動(dòng)力形式。
月球很大，但是，石塊噴射發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)把它慢慢的推離地球。（噴射的石塊氣體也會(huì)把地球表面沖的干干凈凈，激光器什么的都會(huì)毀掉。但我們假設(shè)我們都開(kāi)了春哥模式了。）月求上的等離子體也會(huì)將月表沖毀，再加上激光消融……好復(fù)雜，我們就不研究這里了，恩。
如果我們假設(shè)，粒子散逸離開(kāi)等離子體的速度是每秒500公里。那么，幾個(gè)月后，月亮就會(huì)被推離我們激光的射程。月亮大部分的質(zhì)量還會(huì)存在，但它會(huì)跳出地球的重力影響范圍，進(jìn)入繞太陽(yáng)運(yùn)行的橢圓型軌道。
理論上，月球不會(huì)變成一個(gè)新的行星。它的軌道與地球軌道交叉，根據(jù)國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)IAU對(duì)行星的定義，月球是和冥王星一類(lèi)的矮行星。因?yàn)槠滠壍琅c地球軌道交叉，地球會(huì)對(duì)其影響，讓它的軌道攝動(dòng)。最終，它要么直接扎進(jìn)太陽(yáng)，或者被甩出太陽(yáng)系，或者一頭裝上其他行星。很可能就是地球呢~我想，到那個(gè)時(shí)候，大家都會(huì)默默的承認(rèn)：“這的確是我們自找的.”
恩，這次能量夠了。
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