Güçlü Bir Lazer, Ay Yüzeyine Kadar Gidebilir Mi? Ay'dan Lazeri Geri Yansıtmak Mümkün Olabilir Mi?

Hepimiz internette abartılı derecede güçlü (~3500 mW) lazerlerin kilometrelerce öteye gidebildiğini, balonları patlatabildiğini, kibritleri yakabildiğini görmüştür. Hatta belki astronomiyle ilgilenen bazı okurlarımız, o kadar güçlü olmasa da yine de gözünüzün alabildiği kadar uzaklıklara gidebilen lazerleri, yıldızlara daha isabetli bir şekilde işaret edebilmek için kullanmışlardır. Peki hiç düşündünüz mü, bu lazerler Ay gibi Dünya dışı gök cisimlerinin yüzeyine kadar ulaşabilir mi? Eğer ulaşabilirse, bunu yapmak için lazeri ne kadar süreyle Ay'a tutmanız gerekirdi? Çünkü bir düşünsenize, yakın gelecekte Ay'da insanlar gezmeye başladığında, belki de lazerlerinizle onlara işaretler göndermeniz mümkün olabilirdi! Tabii eğer ki lazer ışığı Ay'a kadar ulaşabilecek olursa...

Öncelikle Dünya ile Ay arasındaki mesafenin ışık için ne anlama geldiğini anlamamız gerekiyor. Bu çok zor değil, çünkü Ay'ın kabaca 384.000 kilometre uzakta olduğunu ve ışığın saniyede 299.792.458 metre kat edebildiğini biliyoruz. Bu durumda mesafeyi, hıza bölecek olursak, Dünya'dan yola çıkan lazerin 1.28 saniyede Ay'a ulaşabileceğini görürüz. Eğer ki Ay'da bu lazere otomatik olarak cevap verebilecek bir lazer olsaydı, lazerin Dünya'dan Ay'a gidip geri gelmesi sadece 2.56 saniye sürerdi. Bu, ışığın ne kadar muazzam bir hıza sahip olduğunu anlamak için güzel bir örnektir. Görünen o ki, sadece 1-2 saniye boyunca lazeri Ay'a tutarsanız, lazer ışığı oraya varacaktır. Bu, kabaca şöyle bir şeydir:

Ama bu doğru değildir. Çünkü lazer ışını birbirinden ıraksar. Yani lazeri oluşturan aşırı yoğunlaştırılmış ışık demetleri, mesafeye bağlı olarak birbirinden uzaklaşacaklardır. Bir diğer deyişle lazer ışığı zamanla "dağılacaktır". Bunun en iyi örneklerinden biri, bir el feneri alıp duvara ışık tutmaktır. Duvardan 20 metre uzakta durursanız ışık harika bir şekilde duvarı aydınlatacaktır. Ama 40 metre uzağa gidecek olursanız, bir anda ışığın neredeyse duvara hiç vurmadığını görürsünüz. İyi de, buna neden olan nedir? Duvarla sizin aranızda ışığın gidişine engel olan bir şey mi vardır? Toz zerrecikleri ve havayı oluşturan atomlar mı buna engel olmaktadır?

Evet, elbette ki duvar ile sizin aranız göründüğünün aksine "boşluk" olmadığı için, ışık demeti ile atomların etkileşimi kuşkusuz ışık demetini dağıtacaktır. Ancak bu etki son derece zayıftır; çünkü bir foton için 40 metrelik bir mesafe hiçtir! Dolayısıyla aradaki toz zerreleri ile gaz molekülleri, fotonu rahatsız bile etmeyecektir. Ancak lazer ve fenerlerin çalışma biçimi dolayısıyla mesafeye bağlı olarak ışık huzmesini oluşturan demetler birbirinden uzaklaşacaktır. Lazerin (ya da fenerin) ağzından çıkan fotonlar birbirine sıkı sıkıya yakınken, lazerden uzaklaştıkça bu sıkılık azalacak, fotonlar etrafa saçılacaktır. Bu nedenle ışık yoğunluğu da giderek azalacaktır. Bunu, aşağıdaki görselden görebiliriz:

Elbette ki çok fazla para harcayarak ve akademik seviyede kullanılan lazerleri kullanarak "saçılma" denen bu olayı en aza indirgeyebilirsiniz. İnsanlar bunu bir süredir yapmaktadır. Örneğin NASA, Apollo görevleriyle Ay'a giden astronotların Ay yüzeyine bıraktığı aynaları ve aşırı hassas lazerleri kullanarak yansıtmalar yapmaktadır. Bu aynalar aşağıdaki gibi gözükmektedir:

Her ne kadar Ay bize genelde parlak ve beyazmış gibi gözükse de, bu bir yanılgıdır. Bunun nedeni, Güneş'ten gelen bol miktarda ışığı yansıtıyor olmasıdır. Aslında Ay yüzeyi kömürümsü bir gri renktedir. Üzerine düşen ışığın sadece %7'sini yansıtabilmektedir. Geri kalanını emer. Dolayısıyla ne kadar güçlü bir lazer yaparsanız yapın, Ay yüzeyinden bu lazerin geri yansıması pratik olarak mümkün olmayacaktır. Ancak NASA tarafından yerleştirilen aynalar fazlasıyla yansıtıcıdır ve onları hedef alarak, geriye lazeri yansıtmanız mümkün olabilir.

Ancak elbette ki NASA'nın kullandığı yüksek teknoloji lazerlerden giden fotonların bile çok az bir kısmı bu aynalardan yansıyıp teleskoplara geri dönebilmektedir. APOLLO (Apache Point Ay Lazer-menzili Operasyonu Gözlemevi) adı verilen bir proje kapsamında NASA, Ay'a lazer ışını gönderip, yansıyan fotonları ölçmektedir. Bu sayede Ay'ın Dünya'dan olan uzaklığı aşırı yüksek bir hassaslık ile ölçülebilmektedir. Buna rağmen, Ay'a gönderilen her 100 katrilyon fotondan ortalamada sadece 1.7 tanesi geri Dünya'ya dönebilmektedir! Kurdukları sistem dahilinde her lazer atımında 5-10 fotonun geri dönebilmesini sağlamaktadırlar. Bu fotonlar, 3.5 metrelik ayna çapına sahip bir teleskopla tespit edilebilmektedir. Aşağıdaki fotoğrafta, APOLLO'nun Ay'a gönderdiği bir lazer huzmesi görülmektedir:

Dolayısıyla eğer ki lazerinizi tam o aynalara denk getirmeyi başarsanız bile, geri yansıyan fotonları gözünüzün görmesi mümkün olmayacaktır.