Tutto lo spazio interstellare e interplanetario è pieno di radiazioni cosmiche. Questo è il risultato delle radiazioni delle stelle, dei dischi di accrescimento dei buchi neri, delle stelle di neutroni e delle pulsar, delle esplosioni di supernova … Quasi ogni cataclisma nell'Universo è la causa delle emissioni di radiazioni. Le radiazioni sono un problema per gli astronauti e l'elettronica, ma per gli scienziati è un dono imparare molti dettagli sullo spazio. Continuiamo la nostra revisione degli strumenti scientifici utilizzati per studiare il sistema solare.
In precedenza abbiamo appreso come si studiano i pianeti con mezzi ottici.
Spettroscopia gamma
La gamma gamma, in linea di principio, è anche ottica, da allora i raggi gamma sono fotoni ad alta energia. Ma la spettroscopia gamma nella scienza planetaria studia non quei raggi emessi da stelle e buchi neri, ma quelli che illuminano pianeti e altri corpi cosmici non atmosferici o debolmente atmosferici.
I pianeti e gli asteroidi iniziano a emettere in gamma quando bombardati da particelle più massicce: protoni ad alta energia, raggi alfa-beta e neutroni. Le particelle cariche colpiscono il suolo superficiale e inizia ad emettere nella gamma. E, cosa tipica, ogni elemento chimico emette nel proprio intervallo. Cioè, dobbiamo solo tenere uno spettrometro gamma sulla superficie per capire in cosa consiste. Quindi capiremo solo la composizione chimica, non quella geologica, ma integrandola con informazioni, ad esempio, da spettrometri a infrarossi e da telecamere del campo visibile, possiamo ottenere un'immagine più visiva.
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Quindi, usando la spettrometria gamma, gli scienziati hanno imparato a conoscere le concentrazioni relativamente elevate di minerali di torio, ferro e titanio sulla luna.
Con l'aiuto di un tale dispositivo su Mars Odyssey, è stato possibile trovare due regioni su Marte con contenuti anomali di torio e, probabilmente, minerali di uranio. È del tutto possibile che i processi abbiano avuto luogo una volta come in Africa, con la formazione di un reattore nucleare naturale. È vero, altri, sulla base degli stessi dati, parlano di una guerra termonucleare … In un modo o nell'altro, questa è una scoperta incoraggiante, poiché significa che le centrali nucleari dei futuri coloni marziani possono lavorare su materie prime locali.
Rivelatori di neutroni
I neutroni cosmici, a differenza delle particelle alfa e beta, non sono completamente assorbiti dal suolo. Alcuni neutroni vengono riflessi dalla superficie dei corpi pietrosi, mentre riescono ad affondare nel terreno di circa mezzo metro. I neutroni che tornano dalla superficie, di regola, si muovono già molto più lentamente, la loro velocità ed energia dipendono da ciò che hanno attraversato nel suolo. Più precisamente, solo un parametro viene misurato con il loro aiuto: il contenuto di idrogeno.
L'idrogeno, a causa della leggerezza degli atomi, rallenta efficacemente i neutroni nelle collisioni elastiche e questa efficienza dipende direttamente dalla sua concentrazione. Allo stesso tempo, in forma libera, l'idrogeno non rimarrà nel suolo, soprattutto dove la pressione atmosferica tende a zero. Per immagazzinare l'idrogeno nel terreno, deve essere legato a livello chimico e l'acqua rimane il miglior rimedio. Così, sorvolando la superficie e raccogliendo dati sulle velocità dei neutroni "in decollo", si può determinare il contenuto approssimativo di acqua nel suolo. Ovviamente, più in basso voliamo, più accurati saranno i dati. I satelliti danno ancora un errore di più o meno cento chilometri.
È stato con l'aiuto degli strumenti russi LEND e HEND che sono stati ottenuti i dati sulla distribuzione di idrogeno / acqua nei suoli vicini alla superficie della Luna e di Marte.
E se i dati marziani sono già stati confermati due volte, quelli lunari stanno ancora aspettando la loro verifica. Su Marte, il lander Phoenix è atterrato nella regione circumpolare e dove HEND ha promesso fino al 70% dell'acqua nel terreno, è stato trovato uno strato di ghiaccio d'acqua proprio sotto la polvere. E nel Gale Crater, dove opera il rover Curiosity, HEND ha promesso il 5%, il contenuto di acqua nel terreno varia dal 3% al 5% e solo raramente si imbatte in "oasi" del sei%.
Dopo un tale successo di HEND, suo fratello DAN era "seduto" direttamente sul rover, e ora raccoglie dati non da un'altitudine di 300 km, come il suo predecessore, ma 0,5 m. È vero, la profondità del suono non supera ancora 1 metro, ma la risoluzione spaziale è aumentata da decine di chilometri a centimetri.
Tuttavia, nonostante il successo dei rivelatori di neutroni, non c'è una fiducia definitiva in essi. I ghiacciai sulla Luna stanno ancora aspettando il loro scopritore e le agenzie spaziali, così come le compagnie private, stanno prestando sempre più attenzione ai poli della Luna. Sebbene la concentrazione di umidità lì, secondo i satelliti, non sia superiore al 4%.
Radar
Il suono dei pianeti nel raggio radio iniziò a essere effettuato dalla Terra. Molte informazioni sono state fornite dal radiotelescopio di Arecibo, di 300 metri di diametro. Ad esempio, negli anni '80, scoprì ai poli del caldo Mercurio, uno strano riflesso che l'acqua ghiacciata poteva dare. Gli scienziati per molto tempo non potevano credere che i ghiacciai potessero esistere sul pianeta più vicino al Sole. Ho dovuto attendere i risultati della sonda Messenger, che, utilizzando un rivelatore di neutroni e un raggio laser, è stata in grado di confermare la presenza di ghiaccio.
Arecibo ha mostrato immagini impressionanti durante la supermoon del 2013. Sulla Luna, può vedere le conseguenze di flussi di lava catastrofici e "inondazioni" con il suo aiuto.
Combinando queste immagini con mappe della distribuzione dei minerali ottenute da spettrometri orbitali, è possibile compilare una mappa geologica dettagliata dell'area, ed è possibile ricostruire l'evoluzione della superficie. Anche se è strano che fino ad ora un satellite con un potente radar non sia stato inviato sulla luna.
Ma tre satelliti radar volarono su Venere. Non c'è altro modo per studiare la superficie dall'orbita di questo pianeta. Venera-15 e -16 hanno mappato il Polo Nord negli anni '80 e poi, negli anni '90, Magellan ha realizzato una mappa completa.
Ora Cassini è impegnato in un'attività simile nell'orbita di Saturno. Qui il radar viene utilizzato per penetrare nella densa atmosfera di Titano. Nel corso di numerosi voli, la stazione spaziale svela gradualmente il velo eterno e rivela alla scienza questo mondo davvero sorprendente, per certi versi incredibilmente simile a quello terreno, ma in qualche modo sorprendentemente diverso.
Molteplici indagini radar consentono non solo la mappatura, ma anche l'osservazione dei processi dinamici. Pertanto, l'isola misteriosamente apparsa e poi scomparsa era considerata un segno dei continui cambiamenti stagionali. Forse era un iceberg ghiacciato che si è schiantato in un mare di metano.
Altre lunghezze d'onda e diversi modelli di radar ti consentono di andare più in profondità. Nell'orbita di Marte sono presenti due veicoli spaziali dotati di "ecoscandagli" che penetrano nella crosta del pianeta per 1-3 chilometri.
Lo studio della sonda spaziale europea Mars Express ha permesso di ottenere informazioni sulla potenza e la struttura del ghiaccio polare, distinguere il ghiaccio di anidride carbonica dal ghiaccio d'acqua e stimare le riserve d'acqua.
La sua scansione ha rivelato antichi crateri di asteroidi, sepolti da centinaia di metri di lava vulcanica e accumuli sedimentari dell'oceano marziano, nell'emisfero settentrionale del pianeta. Gli scienziati hanno ripetutamente notato l'apparente differenza nel numero di crateri meteoritici negli emisferi meridionale e settentrionale di Marte e Mars Express ha risolto il mistero. Se qualcuno aveva ancora speranze per i marziani sepolti nella sub-marziana Sion dal vuoto, dalla siccità e dal gelo, allora ho cattive notizie per loro …
La sonda New Horizons dispone anche di strumenti per la ricerca radar, ma la dimensione dell'antenna è inferiore a quella di molti colleghi interplanetari, quindi la ricerca si concentrerà sulla ricerca e lo studio dell'atmosfera.
Attendo con impazienza i risultati della scansione radar del nucleo della cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, che è stata eseguita dalla sonda Rosetta e Philae per una coppia.
Il radar è stato persino portato sulla luna. Il cinese "Jade Hare" è riuscito a camminare solo un centinaio di metri, ma anche su di esso è riuscito a ottenere i profili più interessanti della superficie lunare, fino a una profondità di circa quattrocento metri. In futuro, tali informazioni saranno vitali per la costruzione di una stazione, base o insediamento lunare.
Spettroscopia del protone alfa
Quando si tratta di studiare i corpi spaziali con il lander, è quasi impossibile fare a meno di toccare i momenti della spettroscopia di fluorescenza a raggi X di alfa-protoni.
Dispositivi del tipo APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) sono stati installati su tutti i rover della NASA su Marte. APXS è disponibile sul lander Philae nel nucleo della cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. C'era un dispositivo simile (RIFMA) sui rover lunari sovietici.
Il principio di funzionamento del metodo assomiglia alla spettroscopia gamma, tranne per il fatto che il sensore ha una propria fonte di particelle cariche (una sorta di isotopo radioattivo), principalmente raggi alfa. Il campione studiato viene irradiato con radiazioni e inizia a brillare nell'intervallo dei raggi X.
Inoltre, ogni elemento chimico si illumina a modo suo, il che rende possibile ottenere spettri di composizione elementare.
Questa è ben lungi dall'essere una panoramica esauriente delle attrezzature per esplorare il sistema solare. Di norma, sui veicoli interplanetari vengono installati anche strumenti astrofisici per registrare particelle energetiche, radiazioni interplanetarie, plasma e polvere. I voli interplanetari ti consentono anche di studiare lo spazio esterno, la relazione tra il Sole, i pianeti e il mezzo interstellare, ma questa è un'altra storia.
