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能否考虑:宏观、低速的多普勒验证呢?
[楼主] 作者:yanghx  发表时间:2002/07/25 17:00
点击:233次

比如“火星探路者”飞船的最大速度可能接近10^5(m/s)? 火星距地球1.92亿公里,它用了7个月飞到火星(见附文), L= 1.92 * 10^11 (米) t= 3600*24*30*7= 1.8144*10^7 (秒) 平均速度V=L/t =(1.92/1.8144)*10^4 (米/秒), V=1.058*10^4 (米/秒), 这是7个月的平均速度V, 所以估计其最大速度或许可以达到v=10^5(米/秒)? 如果这是目前宏观物体所能达到的最快速度的话, 那么由此是否有可能进行太空中的“多普勒验证”呢? 经典(波源接近):f1= [c/(c-v)]fo 相对论(接近):f2= [c/(c-v)]sqr(1-vv/cc) fo 如果假设fo=10^14(Hz), 则: f1=[c/(c-v)]fo= 10^14/[1-(10^5/10^8)] =1.001001001001001001001001001001 *10^14 (Hz) =100100100100100 (Hz) f2=[c/(c-v)]sqr(1-vv/cc) fo = 100100100100100 * 0.99999949999987499993749996093747 = 100100050050037.43743123122733358 (Hz) = 100100050050037 (Hz) f1-f2= 100100100100100 - 100100050050037= 50050063(Hz)= 50(MHz) 这个差值对于现在的频率计或频谱仪来说,应该是可以测出来的吧? 现在国内的激光稳定度和频率计的“有效位数”至少可以达到12位, 即激光稳定度和频率测量精度是100Hz数量级, (参见:《华东师范大学“211工程”建设巡礼》 http://202.198.131.57/jueczl/redzz/jsxl/20.htm), 而且反射激光的频率如果是一个“谱段”的话, 也很容易选取“谱段”中的极大值fmax作为测量值(相向), 因为宏观物体的速度只有一个, 没有“速度分布”的问题,也可以忽略光子碰撞对速度的影响, 不会产生太多可质疑、争论不休的地方? 测量激光“反射频谱”可以用频谱仪, 50MHz的频率变化应该是能够测量出来的, 或者也可以用类似“光电管阵列”的探测接收装置, 当然如果按physicist介绍的“双向法”就会更容易检验一些? 估计激光发射和反射的散射角度可能会引起一些误差, 误差大小、怎样减小误差就要认真分析后才知道了, 可能关键是:在外太空中怎样测量飞行器比较准确的速度? 或许可以用“太阳系同步卫星”来定位? 总之准确测量飞船速度v可能变成了主要问题? 计算如有疏忽之处,还请指正, ============================================= 附文《登上火星》,转自: http://www.kepu.com.cn/gb/technology/robot/army/arm503.html   格林威治时间1997年7月4日17时07分,美国航空航天局(NASA)发射的火星探路者号宇宙飞船成功地在火星表面着陆,当时正是火星上日出前两小时。全世界的电视观众都目睹了这一壮举,它标志着人类在征服宇宙的长征中迈出了新的一步。 火星上的房屋   火星距地球1.92亿公里,无线电信号由火星传到地球需要19分30秒时间。探路者号是1996年12月4日由德尔塔2型运载火箭在肯尼迪航天中心发射的,经过7个月的飞行,它才达到火星,它的登陆地点位于火星的北纬19.33度,西经33.55度,它降落在一个盆地中,距美国以前发射的海盗号飞船的降落地点约1000公里。
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[楼主]  [2楼]  作者:yanghx  发表时间: 2002/07/25 17:51 

粗略估算:飞船的速度能达到多少?
假设一个太空飞行器的平均重量是100kg, (平均重量是考虑到燃料的重量变化) 如果它附带的多级火箭推进器能提供平均1000kg的推力, 那么在太空几乎没有阻力的情况下, 1、10、30天后它的速度能达到多少呢? v=at= (F/m)t= 10t 1天后: v= 8.64*10^5 (m/s), 10天后: v=8.64*10^6 (m/s), 30天后: v= 2.6*10^7 (m/s)= 0.086c 飞船的平均“动质量”也只增加了一点: m= 100.37768 (kg),影响并不大?
[楼主]  [3楼]  作者:yanghx  发表时间: 2002/07/25 20:32 

飞船可以直接测量到“多普勒频移”?
这样看来,既然飞船的速度至少是平均速度: V=1.058*10^4 (米/秒) 而飞船与地面是始终保持无线电联系的, 那么如果把飞船接收到的频率值记录、传送回来, 不就可以直接得到准确的多普勒频移量了吗? 连反射都不用了? 那么关键的问题就是怎样测量飞船的速度了, 也许可以测量一个标准物体的“动质量”?然后解出v来? 可是又怎样测量“动质量”呢? 或者有其它的办法吧? 如果用physicist介绍的“双向测量”方法, 至少可以检验相对论的公式近似度, 如果没有误差,那就不用说了, 如果有误差,可以看看是偏小还是偏大,作出一些判断, 但是在飞船后方必须有一个发射机,或许可以在月亮上安装一个? 这样当飞船返回地球时,只要瞄准月-船-地成一直线时, 就可以开始测量了,甚至可以有宇航员对接收机、测频仪的监控, 这个方案的可行性可不小? 两个理论的差值分析: 经典(波源接近):f1= [c/(c-v)]fo 相对论(接近):f2= [c/(c-v)]sqr(1-vv/cc) fo 如果假设fo=10^14(Hz),v=10^4(m/s) 则: f1=[c/(c-v)]fo =1.0001000100010001000100010001*10^14 (Hz) =100010001000100(Hz) f2=[c/(c-v)]sqr(1-vv/cc) fo =100010001000100*0.9999999949999999874999999375 =100010000500050(Hz) f1-f2= 100010001000100-100010000500050= 500050(Hz) 这个频率差值也不算小了吧? 为了消除一些可能的误差,可以让飞船静止于测量区域, 这样可以测出“背景干扰”、衰减红移等估计中的误差值, 如果用微波频率测试,可能稍差一点, 对了,这要改用经典的“观察者运动”频移公式了, 我再算算吧,

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