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为什么用激光笔指着月亮时没有红点？

简单地说一下就是激光笔一方面光强度太弱，另外一方面就是月地距离太远导致从激光笔射出的激光经过长距离的传播发散得很厉害，基本上最后能够打到月亮上的光子微乎其微。实际上，别说你用一支激光笔做这个实验了，就算是用一个有着足够强度的激光装置，打出的一束高能激光，最终能够打到月球上一个不大区域上的光子数目少的可怜，更别说还要从月球上再反射回地球，即使是大口径的望远镜所能够接受的光子也不多。

那么为什么激光会发生散射呢？原因就在于我们的大气层，大气层里有着不少的水蒸气以及尘埃，这些杂质会使得光在传播的过程中发生散射现象。问题就出在这里，既然对于大气层本身的状况我们不可改变，那么就得从自身想办法，这就包含了几个方面:比如说激光的强度，用来接收反射回的光子的望远镜的口径，还有一个很重要的就是要让打在月面上的光子成功返回，这就不可能不做点什么而直接让月面反射，因为这基本上是不可能的，所以说得有一个装置让打在月球上的光子沿着原路返回啊。

这个装置的原理很简单嘛，就和自行车的后面的反光镜一个道理，夜晚有车灯照到上面光会沿着原路返回，这样就让别人知道前面有骑着自行车的人而不至于撞上了，同样的原理，发射一个这样的反射镜到月球表面，只是尺寸应该大一些。其实这个实验美国人几十年前就做过了，也是用这样一个反光镜反射从地面发射的激光，通过测定打出到反射回所用的时间乘以光速再除以二就知道月地距离了。

第一次月地距离的测定是美国实施“阿波罗计划”时完成的，他们在月球上的指定位置投放了一个几十厘米见方的反射器，用上了高能激光装置以及大口径的望远镜，终于在收集了少量光子之后计算得出了月地距离。当然，测定月地距离的方法不止这一种，聪明的古希腊人几千年前就运用了数学方法得出了月地距离的粗值，与现代的数值差距仅有3%。

天文观测用的指星笔是什么原理？为什么激光会突然断掉？

不要认为“指星笔”是什么特殊的天文器材，它实际上就是一根普通的激光指示器（Laser pointer）而已，是一种便携式的“激光发生器”，由于体积和外观近似于钢笔或小型手电筒，故而被俗称为“激光笔”或“激光手电”，更广泛的用途是教学、演讲及沙盘指示。换言之，天文爱好者们只是都喜欢用一根激光笔来标记星星的位置，于是激光笔就有了“指星笔”的别称。

值得一提的是，使用不同“工作介质”的激光笔会发出不同波长的光线，因此具有“红、橙、绿、蓝、靛”五种光色，由于670-635纳米波长的红色激光可以直接通过“激光二极管”来产生，所以红色激光笔的制造成本是最低的，在同规格、同品质的情况下，售价往往也较低。除此之外，合格的激光笔发出的必定是单色光，即使穿过三棱镜也不会产生色散现象，而普通的彩色灯具发出的有色光往往是由红、绿、蓝三基色混合而成的复色光，一穿过三棱镜就会“现形”。

指星笔一般采用绿色光线的激光笔。激光笔的工作介质有固体（如三硼酸锂铯晶体）和气体（如二氧化碳）之分。绿色光线的一般都是固体激光器，主要部件有激励源、聚光腔、谐振腔反射镜。▲固体激光笔的结构激励源大多为氪弧灯、碘钨灯或钾铷灯；固体工作介质则是非线性晶体。将具有“受激发射”作用的金属离子掺入晶体中，就能将激励源产生的光能转换为1000纳米左右的近红外激光，再经过聚光腔和谐振腔反射镜将倍频转换为532纳米，如此一来，发射出去的激光就成为绿色了。

采用绿色光线作为指星笔并不是光线本身有什么特殊之处，而是由于人类的肉眼对绿色光线的感知最敏感，即使是5mW(IIIA)的低功率绿色激光，在光污染较强的夜晚也能显得十分清晰瑞利。这就意味着你哪怕随便买一只几十元的廉价激光笔，只要它发出的是绿色光线，你朝天发射就必定能看见一束笔直明亮的“绿线”直指苍穹。由此可见，指星笔的选择主要侧重于光色，而非功率。

事实上，大功率的激光笔体积也偏大，便携性相对就变低了，主要用于有强光干扰的复杂环境中（譬如白天或明亮的展厅内），用来指星是没有任何意义的，毕竟夜空不存在强光干扰。并且，所有合格的激光笔发射的光束除了在强光环境下的明亮度不同之外，并没有任何差异——无论激光指示器的功率有多大，朝天发射的光束都会在同样的高度“忽然断掉”，这是在“丁达尔效应”下产生的一种视觉现象。

丁达尔效应有一件事情应该不难想到：人类的肉眼本来就无法从侧面或后面看见光，因为肉眼是通过感知光子来看东西的，站在光线的侧面就意味着没有任何光子能进入我们眼睛，那我们又如何看见光呢？我们之所以在使用激光指示器的时候，能在侧面看见一条明亮的线条，是由于空气中存在大量粒子，其中有许多粒子的直径小于入射光的波长，于是会将光线散射到四周，当这些被散射出来的光线进入我们的眼睛时，我们就从侧面“看见了”激光，这种现象就被称为“丁达尔效应”。

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