Ce este necesar pentru un studiu detaliat al altei planete, asteroizi sau comete?
Mai întâi, lansează o navă spațială mai aproape. Și echipați această sondă cu instrumente, astfel încât să spună cât mai multe despre subiectul de studiu, pe baza restricțiilor de volum și masă. Astăzi vom vedea cum o persoană studiază sistemul solar folosind mijloace optice.
Multe corpuri cosmice se învârt în jurul Soarelui, care sunt foarte diferite unele de altele. Giganții cu gaze nu au o suprafață solidă, iar planetele stâncoase au atmosfere de densități diferite, de la neglijabil la superdense. Asteroizii sunt de piatră și există fier, iar cometele își schimbă mult activitatea în funcție de distanța față de Soare.
Este clar că diferite instrumente vor fi necesare pentru a studia obiecte cu proprietăți diferite. În același timp, oamenii de știință au acumulat deja o experiență considerabilă în aplicarea multor tipuri de metode de cercetare, ei au fost capabili să înțeleagă ceea ce oferă maximul de informații utile cu o masă minimă. Acum putem să ne uităm la un astfel de "set de gentleman" de explorator spațial robotizat.
Fotografiere în intervalul vizibil
Ochii continuă să fie principalul nostru instrument de cercetare, motiv pentru care astronomii de pe Pământ investesc miliarde în telescoape uriașe și se creează camere speciale pentru spațiu. Ei încearcă să facă o cameră științifică dublă, adică. lansați două camere: una cu unghi larg, a doua cu focalizare lungă. Unghi larg vă va permite să capturați zone mari cu ochii, dar toate obiectele din ea vor fi mici. Cea focală lungă este o „armă de lungă durată” care vă permite să vizualizați detalii fine de la o distanță considerabilă.
Video promotional:
Acest principiu este valabil atât în spațiu, cât și pe suprafața planetelor. Așadar, roverul Curiosity are o lentilă cu unghi larg de culoare de 34 mm, și o lentilă cu focalizare lungă - 100 mm.
Pentru modulele orbitale, raportul dintre lung și lat este de obicei mult mai semnificativ. În loc de o lentilă cu focalizare lungă, este instalat un telescop cu oglindă complet.
Cel mai mare telescop oglindă din afara orbitei Pământului lucrează acum pe orbită pe Marte, cu satelitul MRO - 50 cm în diametru. Camera HiRise surprinde înălțimi de 250-300 km în detalii fenomenale până la 26 cm.
Acest lucru permite oamenilor de știință să studieze Marte și să urmărească mișcarea roverilor, iar entuziaștii ca noi să facă arheologia marțiană.
Pe lângă camerele științifice, navele spațiale sunt adesea echipate cu camere de navigație. Acestea permit operatorilor să se orienteze mai bine „pe teren” și să aleagă ținte pentru camerele științifice. Camerele de navigație pot acoperi unghiuri de vizualizare și mai largi și pot fi de asemenea create duble, dar pentru o fiabilitate crescută sau pentru o fotografie stereo.
Diferența dintre camerele științifice și cele de navigație nu se află numai în lățimea unghiului de vizualizare. Camerele științifice sunt de asemenea echipate cu filtre de culoare înlocuibile care vă permit să analizați unele dintre caracteristicile spectrale ale suprafeței obiectelor studiate. Filtrele sunt de obicei amplasate pe o roată specială care vă permite să le schimbați pe axa optică a camerei.
În mod implicit, camerele științifice filmează în intervalul pancromatic - modul alb-negru, în care matricea foto primește toată lumina vizibilă și chiar ușor invizibilă - aproape de infraroșu. Acest gen de fotografiere vă permite să obțineți cea mai înaltă rezoluție și să vedeți cele mai fine detalii, astfel încât majoritatea imaginilor din spațiu sunt alb-negru. Deși cineva crede că un fel de conspirație are legătură cu asta.
În modul pancromatic (alb-negru), detaliile sunt mai mari.
Imaginile color pot fi obținute prin fotografierea repetată cu filtre de culoare alternative prin combinarea imaginilor. Un singur cadru preluat cu un filtru de culoare va fi, de asemenea, alb-negru, astfel încât imaginile trebuie să fie combinate trei simultan. Și nu este deloc necesar, culoarea rezultată din imagine va fi ceea ce ar vedea ochii noștri. Pentru viziunea umană, lumea constă din combinații de roșu, verde și albastru. Iar culoarea „reală” a imaginii poate fi obținută folosind filtre roșii, verzi și albastre.
Curios este diferența de reflectivitate a suprafeței în diferite intervale.
Dar dacă cadrele sunt realizate, de exemplu, prin filtre albastre, roșii și infraroșu, atunci culoarea imaginii se va dovedi „falsă”, deși principiile fizice ale primirii acesteia sunt exact aceleași ca cele reale.
Atunci când publică imagini color pe site-urile oficiale, acestea semnează ce filtre de culoare sunt utilizate în imagine. Dar aceste fotografii apar în mass-media fără nicio explicație. Prin urmare, tot felul de speculații despre culoarea ascunsă a Marte sau chiar a Lunii circulă încă pe Internet.
În camerele terestre obișnuite, fotografierea prin filtre multicolore este utilizată în același mod, doar ele sunt lipite de elementele matricei fotografice (filtrul Bayer), iar automatele, nu oamenii de știință, sunt angajate în reducerea culorii. Rover-ul Curiosity a instalat deja filtre Bayer, deși s-a păstrat o roată de filtrare separată.
Fotografiere cu infraroșu
Ochii noștri nu văd lumină infraroșu, iar pielea o percepe ca căldură, deși gama infraroșu nu este mai puțin decât lumina vizibilă. Informațiile ascunse de ochi pot fi obținute de camerele cu infraroșu. Chiar și cei mai obișnuiți senzori foto pot vedea lumina infraroșu aproape (încercați, de exemplu, să fotografiați lumina telecomenzii TV cu un smartphone). Pentru a înregistra gama medie de lumină infraroșie, camerele separate cu un tip diferit de senzori sunt plasate pe tehnologia spațială. Și infraroșu departe necesită deja răcirea senzorilor într-un minus profund.
Datorită puterii de penetrare mai mare a luminii infraroșii, este posibil să privim mai adânc în spațiul adânc, prin nebuloase de gaz și praf și în solul planetelor și al altor solide.
Astfel, oamenii de știință Venus Express au observat mișcarea norilor la altitudini medii în atmosfera lui Venus.
New Horizons a înregistrat strălucirea termică de la vulcani pe luna Ioana Jupiter.
Sondajul în modul predator a fost utilizat pe rovers-urile Spirit și Oportunitate.
Opinia lui Mars Express asupra poliilor lui Marte a arătat diferența în distribuția dioxidului de carbon și a gheții de apă pe suprafața capacelor de gheață (roz - dioxid de carbon, albastru - gheață de apă).
Pentru a obține informații maxime, camerele cu infraroșu sunt echipate cu un set mare de filtre sau un spectrometru cu funcții complete, care vă permite să descompuneti toată lumina reflectată de la suprafață într-un spectru. De exemplu, New Horizons are un senzor în infraroșu cu 65,5 mii de pixeli elemente dispuse în 256 de linii. Fiecare linie „vede” doar radiații în domeniul său restrâns, iar senzorul funcționează în modul scaner, adică. camera cu el este „ghidată” asupra obiectului studiat.
Așa cum am menționat deja, lumina infraroșie este căldură, astfel încât fotografierea în acest interval deschide o altă oportunitate pentru explorarea corpurilor solide în spațiu. Dacă observați suprafața timp îndelungat în procesul de încălzire de la lumina soarelui în timpul zilei și de răcire noaptea, puteți vedea că unele elemente ale suprafeței se încălzesc rapid și se răcesc, iar unele se încălzesc mult timp și se răcesc mult timp. Aceste observații se numesc studii de inerție termică. Acestea vă permit să determinați caracteristicile fizice ale solului: liber, de regulă, câștigă ușor și emană ușor căldură, și dens - se încălzește mult timp și menține căldura mult timp.
Pe hartă: roz - cu inerție termică scăzută, albastru - cu nivel ridicat (adică se răcește mult timp).
O observație interesantă, în modul termic, a fost făcută de sonda sovietică „Phobos-2”. În timp ce fotografiază Marte în modul termic, a observat o fâșie lungă care se întinde pe întreaga planetă.
În anii 90, presa a exprimat speculații mistice despre o pistă de condensare a aeronavei în atmosfera de pe Marte, dar realitatea s-a dovedit a fi mai interesantă, deși mai prozătoare. Camera foto termică "Phobos-2" a fost în măsură să înregistreze o fâșie de pământ răcit, care se întinde în spatele umbrei trecătoare a satelitului de pe Marte - Phobos.
Există și greșeli. De exemplu, în timp ce explorau Craterul Gale din satelitul Mars Odyssey, oamenii de știință au identificat o zonă cu o inerție termică ridicată, în apropierea roverului Curiosity aterizat. Acolo se așteptau să găsească rocă densă, dar au găsit roci de argilă cu un conținut relativ ridicat de apă - până la 6%. S-a dovedit că motivul inerției termice ridicate a fost apa, nu piatra.
Fotografiere cu ultraviolete
Cu ajutorul radiațiilor ultraviolete, ele studiază componenta de gaz a sistemului solar și a întregului Univers. Spectrometrul ultraviolet este instalat pe telescopul Hubble și, cu ajutorul său, a fost posibilă determinarea distribuției apei în atmosfera lui Jupiter sau detectarea emisiilor din oceanul subglacial al satelitului său Europa.
Aproape toate atmosferele planetare au fost studiate în lumina ultravioletă, chiar și cele care sunt practic absente. Puternicul spectrometru ultraviolet al sondei MAVEN a făcut posibilă observarea hidrogenului și oxigenului care înconjoară Marte la o distanță semnificativă de la suprafață. Acestea. pentru a vedea cum, chiar și acum, evaporarea gazelor din atmosfera lui Marte continuă și cu cât este mai ușor gazul, cu atât se întâmplă mai intens.
Hidrogenul și oxigenul din atmosfera lui Marte sunt obținute prin disocierea (separarea) fotochimică a moleculelor de apă în componente sub influența radiațiilor solare, iar apa de pe Marte se evaporă din sol. Acestea. MAVEN a făcut posibilă răspunsul la întrebarea de ce Marte este acum uscat, deși cândva a existat un ocean, lacuri și râuri.
Sonda Mariner-10 în lumină ultravioletă a putut dezvălui detaliile norilor venusieni, a vedea structura în formă de V a fluxurilor turbulente și a determina viteza vânturilor.
Un mod mai sofisticat de a studia atmosfera este prin lumină. Pentru aceasta, obiectul studiat este plasat între sursa de lumină și spectrometrul navei spațiale. Astfel, puteți determina compoziția atmosferei evaluând diferența în spectrul sursei de lumină înainte și după ce este acoperită de atmosferă.
Astfel, este posibil să se determine nu numai conținutul de gaze din atmosferă, ci și compoziția aproximativă a prafului, dacă acesta absoarbe și o parte din lumină.
Trebuie menționat că, din punct de vedere al cercetării interplanetare spectroscopice, Rusia nu este ultima. Cu participarea Institutului de Cercetări Spațiale al Academiei Ruse de Științe, a fost creat spectrometrul infraroșu european OMEGA pentru Mars Express; pe același aparat este rezultatul lucrărilor comune ale oamenilor de știință ruși, belgieni și francezi - spectrometru infraroșu și ultraviolet SPICAM; împreună cu italienii, specialiști de la IKI RAS au dezvoltat dispozitivul PFS. Un set similar de instrumente a fost instalat pe Venus Express, care și-a încheiat misiunea la sfârșitul anului 2014.
După cum puteți vedea, lumina ne oferă o cantitate semnificativă de informații despre sistemul solar, trebuie doar să puteți privi și să vedeți, dar există și alte mijloace asociate deja cu radiofizica nucleară. Și acesta este un subiect pentru următoarea recenzie.
