Pourquoi mon pointeur laser ne fait-il pas un point rouge sur la lune?

Oh, mais ça le fait. C'est juste que ton oeil n'est pas assez bon pour le voir.

Tout d'abord, aussi tendus soient-ils, les faisceau laser se propagent également à distance.

La propagation d'un pointeur laser typique est d'environ 3 mrad (milliradians). Multipliez cela par la distance à la Lune, qui est d'environ 385 000 kilomètres ... et vous obtenez un endroit qui a près de 1 200 kilomètres de large, soit plus du tiers du diamètre de la Lune.

Donc, vous utilisez la puissance d'un laser de poche, quelques milliwatts, pour éclairer la zone environ une fois et demi la taille du Texas. Ce n'est pas beaucoup de lumière!

En réalité, les choses s'aggravent encore, car le faisceau laser doit traverser l'atmosphère de la Terre, ce qui la disperse un peu aussi.

Mais tu sais quoi? Imaginons que vous ayez un pointeur laser "parfait": celui qui a un faisceau nul, de sorte que le faisceau qui arrive est aussi étroit quand il touche la Lune que lorsqu'il sort du gizmo dans votre main. Ou mieux encore ... imaginons qu'un astronaute se trouve sur la Lune et vous rende service: il utilise son pointeur laser, à quelques centimètres de la surface lunaire, pour éclairer un point.

C'est-à-dire, il vise le grand total de 5 milliwatts de lumière à la surface lunaire. Une surface qui a une réflectivité assez faible, en fait, donc la plupart de ces 5 milliwatts est absorbée. Mais peu importe ... disons que notre astronaute a trouvé un endroit parfaitement blanc. Alors maintenant vous avez un point rouge sur la Lune, brillant avec toute l'intensité de votre faisceau laser: 5 milliwatts.

Voulez-vous voir une source de lumière de 5 milliwatt sur la lune? Sûrement pas. Vous ne verrez pas une source de lumière de 5 watts non plus, ou même une source de lumière de 5 kilowatts.

Alors, comment parviennent-ils à faire rebondir les faisceau laser de la Lune?

D'abord, ils utilisent un laser un peu plus puissant.

Deuxièmement, le faisceau laser est focalisé à travers un grand télescope, pour réduire sa propagation de façon spectaculaire.

Troisièmement, et surtout, ils visent le laser à des rétroréflecteurs qui ont été laissés sur la Lune par les missions Apollo. Ces rétroréflecteurs sont comme l'œil d'un chat, reflétant la lumière entrante dans la même direction que la lumière. Ainsi, au lieu de se propager dans toutes les directions imaginables, la majeure partie de la lumière réfléchie est dirigée vers l'émetteur.

Retroréflecteur laissé sur la Lune par la mission.

Quatrièmement, au lieu de l'œil nu, ils utilisent une instrumentation très sensible pour détecter la lumière réfléchie, capable de détecter des photons uniques, combinée à un filtre à bande étroite qui rejette la lumière qui a la mauvaise longueur d'onde (couleur).

Mettez tout cela ensemble et vous avez une expérience qui est sensible à la distance Terre-Lune avec une précision submillimétrique, détectant des écarts si minuscules dus aux perturbations atmosphériques, déplacement vertical du sol où l'expérience se trouve, par exemple, en raison des marées, même les minuscule effet de la pression solaire sur le mouvement lunaire.

Mais malheureusement, pas de point rouge visible à l'œil nu.