Cosa è necessario per uno studio dettagliato di un altro pianeta, asteroide o cometa?
Per prima cosa, lancia un veicolo spaziale più vicino. E dotare questa sonda di strumenti in modo che raccontino il più possibile sull'argomento di studio, in base alle restrizioni di volume e massa. Oggi vedremo come una persona studia il sistema solare usando mezzi ottici.
Molti corpi cosmici ruotano attorno al Sole, che sono molto diversi tra loro. I giganti gassosi non hanno una superficie solida ei pianeti rocciosi hanno atmosfere di densità diverse, da trascurabili a superdense. Gli asteroidi sono di pietra e ci sono ferro, e le comete cambiano notevolmente la loro attività a seconda della distanza dal Sole.
È chiaro che saranno necessari strumenti diversi per studiare oggetti con proprietà diverse. Allo stesso tempo, gli scienziati hanno già accumulato una notevole esperienza nell'applicazione di molti tipi di metodi di ricerca, sono stati in grado di capire cosa fornisce il massimo di informazioni utili con una massa minima. Ora possiamo guardare un simile "set da gentiluomo" di esploratori spaziali robotici.
Riprese nel campo visibile
Gli occhi continuano ad essere il nostro principale strumento di ricerca, motivo per cui gli astronomi sulla Terra stanno investendo miliardi in telescopi giganti e vengono create speciali telecamere per lo spazio. Provano a fare una camera scientifica doppia, ad es. lancia due fotocamere: una grandangolare, la seconda a fuoco lungo. Il grandangolo ti consentirà di catturare ampie aree con gli occhi, ma tutti gli oggetti al suo interno saranno piccoli. Quella a focale lunga è "un'arma a lungo raggio" che consente di visualizzare i dettagli fini da una distanza considerevole.
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Questo principio è vero sia nello spazio che sulla superficie dei pianeti. Quindi, il rover Curiosity ha una lente a colori grandangolare di 34 mm e una lente a fuoco lungo - 100 mm.
Per i moduli orbitali, il rapporto tra lungo e largo è solitamente molto più significativo. Invece di un obiettivo a fuoco lungo, è installato un vero e proprio telescopio a specchio.
Il più grande telescopio a specchio al di fuori dell'orbita terrestre sta ora lavorando in orbita su Marte, con il satellite MRO - 50 cm di diametro La fotocamera HiRise cattura altezze di 250-300 km con dettagli fenomenali fino a 26 cm.
Ciò consente agli scienziati di studiare Marte e tracciare il movimento dei rover e agli appassionati come noi di fare archeologia marziana.
Oltre alle telecamere scientifiche, i veicoli spaziali sono spesso dotati di telecamere di navigazione. Consentono agli operatori di orientarsi meglio "a terra" e di scegliere obiettivi per telecamere scientifiche. Le telecamere di navigazione possono coprire angoli di visione ancora più ampi e possono anche essere create doppie, ma per una maggiore affidabilità o per la fotografia stereo.
La differenza tra le telecamere scientifiche e di navigazione non è solo nell'ampiezza dell'angolo di visione. Le telecamere scientifiche sono inoltre dotate di filtri colore sostituibili che consentono di analizzare alcune caratteristiche spettrali della superficie degli oggetti in studio. I filtri si trovano solitamente in una rotella speciale che consente di cambiarli sull'asse ottico della fotocamera.
Per impostazione predefinita, le fotocamere scientifiche scattano in una gamma pancromatica - modalità bianco e nero, in cui la matrice fotografica riceve tutta la luce visibile e anche leggermente invisibile - vicino all'infrarosso. Questo tipo di ripresa ti consente di ottenere la massima risoluzione e vedere i dettagli più fini, motivo per cui la maggior parte delle immagini dallo spazio sono in bianco e nero. Sebbene qualcuno pensi che una sorta di cospirazione sia collegata a questo.
In modalità pancromatica (bianco e nero), il dettaglio è maggiore.
È possibile ottenere immagini a colori scattando ripetutamente con filtri di colore alternati combinando le immagini. Anche un singolo fotogramma preso con un filtro colore sarà in bianco e nero, quindi le immagini devono essere combinate tre alla volta. E non è affatto necessario, il colore risultante nell'immagine sarà quello che vedrebbero i nostri occhi. Per la visione umana, il mondo è costituito da combinazioni di rosso, verde e blu. E il colore "reale" dell'immagine può essere ottenuto utilizzando i filtri rosso, verde e blu.
Curiosa è la differenza di riflettività superficiale in diversi intervalli.
Ma se i fotogrammi vengono realizzati attraverso, ad esempio, filtri blu, rossi e infrarossi, il colore dell'immagine risulterà "falso", sebbene i principi fisici della sua ricezione siano esattamente gli stessi di quelli reali.
Quando pubblicano immagini a colori su siti Web ufficiali, firmano i filtri di colore utilizzati nell'immagine. Ma queste foto compaiono sui media senza alcuna spiegazione. Pertanto, su Internet circolano ancora tutti i tipi di speculazioni sul colore nascosto di Marte o persino sulla Luna.
Nelle normali fotocamere terrestri, le riprese attraverso filtri multicolori vengono utilizzate allo stesso modo, solo che sono incollate agli elementi della matrice fotografica (filtro Bayer) e l'automazione, non gli scienziati, è impegnata nella riduzione del colore. Il rover Curiosity ha già installato i filtri Bayer, sebbene sia stata conservata una ruota portafiltri separata.
Riprese a infrarossi
I nostri occhi non vedono la luce infrarossa e la pelle la percepisce come calore, sebbene la portata dell'infrarosso non sia inferiore alla luce visibile. Le informazioni nascoste agli occhi possono essere ottenute dalle telecamere a infrarossi. Anche i sensori fotografici più comuni possono vedere la luce del vicino infrarosso (prova, ad esempio, a riprendere la luce del telecomando del televisore con uno smartphone). Per registrare la gamma media di luce infrarossa, sulla tecnologia spaziale vengono posizionate telecamere separate con un diverso tipo di sensori. E l'infrarosso lontano richiede già il raffreddamento dei sensori a un valore negativo profondo.
A causa del maggiore potere di penetrazione della luce infrarossa, è possibile guardare più in profondità nello spazio profondo, attraverso nebulose di gas e polvere e nel suolo di pianeti e altri solidi.
Così gli scienziati Venus Express hanno osservato il movimento delle nuvole a quote medie nell'atmosfera di Venere.
New Horizons ha registrato il bagliore termico dei vulcani sulla luna di Giove Io.
Il rilevamento in modalità predatore è stato utilizzato sui rover Spirit e Opportunity.
La visione di Mars Express dei poli di Marte ha mostrato la differenza nella distribuzione di anidride carbonica e ghiaccio d'acqua sulla superficie delle calotte polari (rosa - anidride carbonica, blu - acqua ghiacciata).
Per ottenere il massimo delle informazioni, le telecamere a infrarossi sono dotate di un ampio set di filtri o di uno spettrometro a tutti gli effetti, che consente di scomporre tutta la luce riflessa dalla superficie in uno spettro. Ad esempio, New Horizons ha un sensore a infrarossi con 65,5 mila pixel di elementi disposti su 256 linee. Ogni linea "vede" solo la radiazione nel suo intervallo ristretto e il sensore funziona in modalità scanner, ad es. la telecamera con lui viene “guidata” sull'oggetto in studio.
Come già accennato, la luce a infrarossi è calore, quindi scattare in questo raggio offre un'altra opportunità per esplorare corpi solidi nello spazio. Se osservi la superficie per lungo tempo durante il processo di riscaldamento dai raggi del sole durante il giorno e raffreddamento di notte, puoi vedere che alcuni elementi della superficie si riscaldano e si raffreddano rapidamente, e alcuni si riscaldano a lungo e si raffreddano a lungo. Queste osservazioni sono chiamate studi sull'inerzia termica. Consentono di determinare le caratteristiche fisiche del terreno: sciolto, di regola, guadagna facilmente ed emette facilmente calore e denso - si riscalda a lungo e mantiene il calore a lungo.
Sulla mappa: pink - con bassa inerzia termica, blu - con alto (cioè si raffredda a lungo).
Un'osservazione interessante, in modalità termica, è stata fatta dalla sonda sovietica "Phobos-2". Mentre fotografava Marte in modalità termica, ha notato una lunga striscia che si estende su tutto il pianeta.
Negli anni '90, la stampa espresse speculazioni mistiche su una scia di condensazione degli aerei nell'atmosfera di Marte, ma la realtà si rivelò più interessante, anche se più prosaica. La termocamera "Phobos-2" è stata in grado di registrare una striscia di terreno raffreddato, che si estende dietro l'ombra passeggera del satellite di Marte - Phobos.
Ci sono anche errori. Ad esempio, durante l'esplorazione del Gale Crater dal satellite Mars Odyssey, gli scienziati hanno identificato un'area con elevata inerzia termica, vicino al rover Curiosity atterrato. Lì si aspettavano di trovare roccia densa, ma hanno trovato rocce argillose con un contenuto d'acqua relativamente alto, fino al 6%. Si è scoperto che la ragione dell'elevata inerzia termica era l'acqua, non la pietra.
Riprese ultraviolette
Con l'aiuto della radiazione ultravioletta, studiano la componente gassosa del sistema solare e dell'intero universo. Lo spettrometro ultravioletto si trova sul telescopio Hubble, e con il suo aiuto è stato possibile determinare la distribuzione dell'acqua nell'atmosfera di Giove o rilevare le emissioni dall'oceano subglaciale del suo satellite Europa.
Quasi tutte le atmosfere planetarie sono state studiate alla luce ultravioletta, anche quelle praticamente assenti. Il potente spettrometro ultravioletto della sonda MAVEN ha permesso di vedere l'idrogeno e l'ossigeno che circondano Marte a una distanza considerevole dalla superficie. Quelli. per vedere come, anche adesso, continua l'evaporazione dei gas dall'atmosfera di Marte, e più leggero è il gas, più intenso è questo.
L'idrogeno e l'ossigeno nell'atmosfera di Marte si ottengono per dissociazione fotochimica (separazione) di molecole d'acqua in componenti sotto l'influenza della radiazione solare e l'acqua su Marte evapora dal suolo. Quelli. MAVEN ha permesso di rispondere alla domanda sul perché Marte ora è asciutto, anche se una volta c'erano un oceano, laghi e fiumi.
La sonda Mariner-10 alla luce ultravioletta è stata in grado di rivelare i dettagli delle nuvole venusiane, vedere la struttura a forma di V dei flussi turbolenti e determinare la velocità dei venti.
Un modo più sofisticato per studiare l'atmosfera è la luce. Per questo, l'oggetto in studio viene posto tra la sorgente di luce e lo spettrometro della navicella. Pertanto, è possibile determinare la composizione dell'atmosfera valutando la differenza nello spettro della sorgente luminosa prima e dopo che è stata coperta dall'atmosfera.
Pertanto, è possibile determinare non solo il contenuto di gas nell'atmosfera, ma anche la composizione approssimativa della polvere, se assorbe anche parte della luce.
Va notato che in termini di ricerca interplanetaria spettroscopica, la Russia non è l'ultima. Con la partecipazione dell'Istituto di ricerca spaziale dell'Accademia delle scienze russa, è stato creato per Mars Express lo spettrometro a infrarossi europeo OMEGA; sullo stesso apparato è il risultato del lavoro congiunto di scienziati russi, belgi e francesi - spettrometro a infrarossi e ultravioletti SPICAM; insieme agli italiani, gli specialisti dell'IKI RAS hanno sviluppato il dispositivo PFS. Un simile set di strumenti è stato installato sul Venus Express, che ha completato la sua missione alla fine del 2014.
Come puoi vedere, la luce ci fornisce una quantità significativa di informazioni sul sistema solare, devi solo essere in grado di guardare e vedere, ma ci sono altri mezzi già associati al nucleare e alla radiofisica. E questo è un argomento per la prossima recensione.
