آزمایش لیزر: زمین مسطح است

بهرام اردیبهشت 21, 1403بلاگ/علمی, همه مطالبارسال دیدگاه

آزمایش لیزر: در مطالب قبل به توضیح برخی از مهم ترین برهان های کرویت زمین پرداختیم. همچنین در این وب سایت، به ارائه دو مثال برای مسطح بودن زمین پرداختیم و نشان دادیم که مشاهدات از اهداف دور دست نشان دهنده مسطح بودن زمین می باشند. در این قسمت به ارائه یک آزمایش تخصصی و کامل، برای اثبات مسطح بودن زمین خواهیم پرداخت. یکی از بزرگترین آزمایشاتی که انجام شده تا یک بار برای همیشه اثبات کند که زمین مسطح است.

اندازه گیری انحنا در سطح آب

روش هدف گیری با لیزر زمینی (TLT) برای اندازه گیری انحنا سطح آب در دریاچه بالاتون (مجارستان) و دریاچه آیسل (هلند). اهداف آزمایش در نظر دارد بزرگترین آزمایش نوری لیزر را برای اندازه گیری انحنا در سطح آب دریاچه های بالاتون و آیسل در ارتباط با مجموعه آزمایشات رفرکشن و شکست به انجام برساند.

اصول و قوانین اصلی این آزمایش عبارت اند از:

مطالعه اثرات رفرکشن در شرایط محیط های مختلف در زوایای تابش بسیار کوچک نزدیک به منطقه انتقال چگالی غیر یکنواخت در سطح آب.
تعیین شکل سطح آب.

انگیزه

در آزمایشات قبلی، ما تناقضاتی با انحنا مدل ژئوئید در سطح آب یافتیم و فرض کردیم محاسبات نظری انحنا در سطح آب دریاچه بالاتون و آیسل وجود ندارد.

ما درحال تحقیق بر روی این موضوع هستیم که آیا این دریاچه ها دارای ناهنجاری های سطحی زمین شناسی هستند یا اینکه تمام سطوح مختلف آب با سطح ژئوئید تفاوت دارند و به طور یکسان نیستند.

چکیده

روش هدف گیری با لیزر زمینی (TLT) به منظور رسیدن به اندازه گیری انحنا در فواصل زیاد در سطح آب استفاده شد.

یک دستگاه لیزر هدف گیری فوق العاده دقیق (SALAD) و یک دستگاه لیزر مناسب و دقیق با کلیماسیون mRad0.08 مهیا شد.

از طریق تجزیه و تحلیل مدل های منبع خطا آزمایش انحنا، پیکربندی اپتیکی دستگاه های تست و آزمایش بهینه شد.

تعدادی آزمایش با اهدافی در فواصل مختلف در شرایط محیطی گوناگون و در مکان های مختلف انجام شد. مطالعه محیط، بصورت رفرنس داده شده و محاسبه شده قرار گرفته تا خطا های محاسباتی ای که توسط شرایط محیط ایجاد شده را کاهش دهد.

از طریق روند بالا، دقت نسبی اندازه گیری به ملزومات طراحی آزمایش می پیوندد. روش TLT که در آزمایشات مورد استفاده قرار میگیرد دارای دقت بسیار بالا و مزیت های کاربردی فراوان است.

مقدمه آزمایش

ژئوئید به عنوان یک مدل هموار از زمین تعریف میشود و بصورت سطحی دست نخورده از دریا ها توصیف میشود. بنابراین، سطح آب، سطح زمین شناسی را دنبال میکند. توسط آن، ما درکی از سطح آب داریم که انحنا زمین را دنبال میکند.

سطح توپوگرافیک با روش های نقشه برداری مختلفی که همگی آن ها بر اساس فرض مدل WGS84 است اندازه گیری میشوند.

دقت لازم بستگی به خروجی ارائه شده مورد نیاز دارد. دقت به چگونگی اندازه گیری یا مشاهده دقیق نسبت به یک مقدار درست یا ثابت بستگی دارد، چون اندازه گیری ها و مشاهدات در معرض اشتباه قرار دارند.

با تجزیه و تحلیل مدل های منبع خطا آزمایش انحنا، طراحی پیکربندی نوری دستگاه آزمایش، بهینه سازی شد. انتظار میرود که دقت روش اندازه گیری TLT در حدود 1% از حجم در مقایسه با ارتفاع پنهان هدف محاسبه شده در هر فاصله اندازه گیری برای رسیدن به یک نتیجه قطعی باشد.

دقت متد TLT توسط زاویه دید، فاصله از جسم یا هدف و شرایط آب و هوایی تحت تاثیر قرار میگیرد. با در نظر گرفتن آن محدودیت ها، تحقیق بطور دقیق با حجم محاسبه ارتفاع هدف پنهان مورد انتظار ارزیابی و مقایسه خواهد شد. روش اندازه گیری و نقشه برداری TLT میتواند با دقت کافی برای اندازه گیری انحنا در فواصل زیاد مورد استفاده قرار گیرد.

در مقایسه با متد و روش های دیگر آزمایشات انحنا، متد استفاده شده در این آزمایش دارای ویژگی های دقتی بالا و مزیت های کاربردی فراوانی است.

هدف آزمایش

هدف کلی این تحقیق و پژوهش ارزیابی و مقایسه نتایج اندازه گیری TLT در سطح دریاچه ها با محاسبات انحنا ژئوئید برای تعیین شکل سطح دریاچه است. هدف دوم ما مطالعه اثرات رفرکشن در شرایط محیط های مختلف در زوایای تابش بسیار کوچک نزدیک به منطقه انتقال چگالی غیر یکنواخت در سطح آب است.

محدوده و محدودیت های این مطالعه

محدوده این مطالعه محدود به ارزیابی و مقایسه انحنا در سطح دریاچه بالاتون و آیسل و اثرات رفرکشن، زاویه تابش کوچک رفرکشن است. برای تعیین و ارزیابی دقت اندازه گیری ها به شرایط آب و هوایی مطلوب نیاز است.

در زمان انجام اندازه گیری ها در دریاچه بالاتون، محدودیت های بسیاری وجود داشت از جمله شرایط آب و هوایی نامناسب و ناسازگار (سرما، رطوبت، برف و باد). با توجه به شرایط ناپایدار جوی، اندازه گیری ها و کارها در یک شرایط مطلوب در دریاچه آیسل ادامه یافت.

اهمیت این مطالعه

این آزمایش میتواند پایه بسیاری از پژوهش ها و آزمایشات بعدی باشد. کسانی که به تحقیق و پژوهش پیرامون چنین مسائلی علاقه مندند نیز میتوانند از این اسناد استفاده کنند. ما اندازه گیری هایمان را به روش های زیر فراهم کرده و ارائه خواهیم داد:

روند تجربی
شرایط محیطی (محیط زیستی)
محاسبات انحنا
فاکتور های اصلاحات نوری و ژئودزی
منابع و شرایط مورد استفاده و همچنین توضیحی از نتایج

هدفگیری اولیه SALAD در طول روز در جهت هدف توسط مشاهدات بصری با دقت 1± درجه با استفاده از دوربین Nikon P900 و یک تلسکوپ سلسترون پاور سیکر EQ70 انجام شد.

دیدن پرتو لیزر کولیمیت شده (موازی) از نمای کنار دشوار بود. بنابراین باید تا حدودی در معرض دید ناظر قرار گیرد تا قابل شناسایی باشد. پس از غروب خورشید، پرتو خورشید بصورت موازی با سطح آب با استفاده از خط افق و نور شهر قابل رویت در ساحل مقابل به عنوان یک مرجع تنظیم شد.

یک تیم مشاهده در ساحل مقابل قرار گرفتند و در منطقه پراکنده شدند تا پرتو لیزر را درحالی که با اپراتور های لیزر در ارتباط است، برای تنظیم دقیق پرتو لیزر پیدا و مشخص کنند.

بر اساس تجربه ما از مشکلات هدف گیری لیزر در دریاچه بالاتون، آقای Mike Cavanaugh تغییراتی در نرم افزار SALAD انجام داده و یک سیستم جی پی اس هدفگیری اتوماتیک ایجاد کرد. دقت هدفگیری جدید SALAD در حدود 0.01± درجه است.

ما از مسافت مرجع هدف نزدیک تر با مختصات GPS برای کالیبر کردن هدینگ لیزر استفاده کردیم. سپس نرم افزار قادر به هدف گیری اتوماتیک به هرموقعیتی بر اساس مختصات GPS می باشد. تیم مشاهده در ساحل مقابل مختصات جی پی اس خودشان را با تیم لیزر به اشتراک گذاشتند و لیزر بصورت اتوماتیک به مکان مورد نظر برخورد کرد. سپس پرتو لیزر توسط تیم از طریق GSM به خوبی تنظیم شد.

زمانی که پرتو لیزر به هدف برخورد کرد، اندازه گیری هارا مورد مطالعه قرار دادیم. ما از تجسم نوری با دوربین ها و یک برد محاسباتی استفاده کردیم.

ما کمترین ارتفاع پرتو لیزر را در مدل سطح کروی در مکان هدف با استفاده از آتوکاد با دقت 14 رقمی مشخص کردیم و سپس نتایج را با محاسبه گر انحنا که بطور کلی توسط جوامع علمی پذیرفته شده مقایسه کردیم. سپس محاسبات را برای ارتفاع از سطح آب های آزاد (MSL) تصحیح کرده و مدل بیضوی WGS84 و تفاوت در نوسان ژئوئید را محاسبه کردیم. نور لیزر در یک خط راست و مسیر مستقیم از طریق محیط همگن حرکت میکند. نور به واسطه ضرایب شکست مختلف در یک اتمسفر ناهمگن زاویه دار میشود. ما جهت و مقدار شکست را محاسبه کردیم تا نشان دهیم که انحراف پرتو نور تا چه حد میتواند بر نتایج اندازه گیری ها اثر بگذارد.

در یک اتمسفر ناهمگن که ضریب شکست با ارتفاع افزایش می یابد، پرتو های زاویه ارتفاع اولیه (ارتفاع کم) به سمت بالا دچار شکست میشوند. این انحنا متناسب با نرخ افزایش دو طرفه ضریب شکست با ارتفاع است.

نقشه دریاچه بالاتون که موقعیت لیزر و مکان اندازه گیری را نشان میدهد

موقعیت لیزر- دریاچه بالاتون

لیزر و تجهیزات مورد نظر

نوسان ژئوئید دریاچه بالاتون

نوسان ژئوئید اصطلاحی برای توصیف فاصله زمینواره (ژئوئید) بالا (مثبت) یا پایین (منفی) مرجع بیضوی ریاضی است. نوسان یا لغزش ژئوئید در هردو موقعیت در یک سطح بود.

معمولا جزر و مد دریاچه ها نوسانی تا 10 سانتی متر (0.33 فوت) در دریاچه های بزرگ (Trebitz 2006) دارد. اما با توجه به عمق و حجم کم آب دریاچه بالاتون، مقدار این اثر نیز کمتر است. در طول تحقیقات گسترده ای که از جنبش و حرکات آب در 1970 انجام شد، هیچ مدرکی از جزر و مد دریاچه یافت نشد (Muszkalay 1973) بنابراین انتظار نمیرود که جزر و مد سطح دریاچه را تحت تاثیر قرار بدهد.

دریاچه تا حدی منجمد بود بنابراین حرکت در امتداد پرتو لیزر یا استفاده از قایق ممکن نبود. پس همانطور که هیچ اطلاعاتی در شرایط محیطی در امتداد پرتو لیزر در دسترس نبود، ما شرایط را در دو طرف محاسبه کردیم (موقعیت خود لیزر و موقعیت برخورد پرتو لیزر).

اطلاعات بدست آمده نشان داد که هیچ تفاوت قابل توجهی در دما و رطوبت در دو موقعیت(موقعیت آغاز پرتو لیزر و موقعیت برخورد پرتو به هدف) وجود ندارد.

ادامه دارد …

پرینت 🖨 تبدیل به PDF📄