Какво е необходимо за подробно проучване на друга планета, астероид или комета?
Първо, стартирайте космически кораб по-близо. И оборудвайте тази сонда с инструменти, така че да разказват възможно най-много за предмета на изследване въз основа на ограниченията за обем и маса. Днес ще видим как човек изучава Слънчевата система с помощта на оптични средства.
Около Слънцето се въртят много космически тела, които са много различни един от друг. Газовите гиганти нямат плътна повърхност, а скалистите планети имат атмосфера с различна плътност, от незначителна до свръх плътна. Астероидите са камъни и има желязо и кометите променят значително своята активност в зависимост от разстоянието до Слънцето.
Ясно е, че за изследване на обекти с различни свойства ще са необходими различни инструменти. В същото време учените вече са натрупали значителен опит в прилагането на много видове методи на изследване, те са успели да разберат какво дава максимум полезна информация с минимална маса. Сега можем да разгледаме такъв "джентълменски набор" от роботизиран космически изследовател.
Снимане във видимия обхват
Очите продължават да са наш основен изследователски инструмент, поради което астрономите на Земята инвестират милиарди в гигантски телескопи, а за космоса се създават специални камери. Те се опитват да направят научна камера двойна, т.е. пуснете две камери: едната широкоъгълна, втората дългофокусна. Широкоъгълният ще ви позволи да заснемете големи площи с очите си, но всички обекти в него ще са малки. Дългофокусното е „оръжие с дълъг обсег“, което ви позволява да видите фини детайли от значително разстояние.
Промоционално видео:
Този принцип важи както в космоса, така и на повърхността на планетите. И така, роувърът Curiosity има широкоъгълна цветна леща от 34 мм, а обектив с дълъг фокус - 100 мм.
За орбиталните модули съотношението между дълги и широки обикновено е много по-значително. Вместо обектив с дълъг фокус е инсталиран пълноценен огледален телескоп.
Най-големият огледален телескоп извън орбитата на Земята сега работи в орбита на Марс, със спътника MRO - 50 см в диаметър. Камерата HiRise заема височини от 250-300 км с феноменални детайли до 26 см.
Това позволява на учените да изучават Марс и да проследяват движението на роувъри, а ентусиасти като нас да правят марсианска археология.
В допълнение към научните камери, космическите кораби често са оборудвани с навигационни камери. Те позволяват на операторите да се ориентират по-добре "на място" и да избират цели за научни камери. Навигационните камери могат да покриват още по-широки ъгли на видимост и също могат да бъдат създадени двойно, но за по-голяма надеждност или за стерео фотография.
Разликата между научните и навигационните камери е не само в ширината на зрителния ъгъл. Научните камери също са оборудвани със сменяеми цветни филтри, които ви позволяват да анализирате някои спектрални характеристики на повърхността на изследваните обекти. Филтрите обикновено са разположени в специално колело, което ви позволява да ги сменяте на оптичната ос на камерата.
По подразбиране научните камери снимат в панхроматичен диапазон - черно-бял режим, в който матрицата за снимки получава цялата видима светлина и дори леко невидима - близо до инфрачервена. Този вид снимане ви позволява да получите най-висока разделителна способност и да видите най-фините детайли, поради което повечето изображения от космоса са черно-бели. Въпреки че някой си мисли, че някакъв конспирация е свързан с това.
В панхроматичен (черно-бял) режим детайлите са по-високи.
Цветни изображения могат да бъдат получени чрез многократно снимане с редуващи се цветни филтри чрез комбиниране на изображенията. Един кадър, направен с един цветен филтър, също ще бъде черно-бял, така че изображенията трябва да се комбинират три наведнъж. И изобщо не е необходимо, полученият цвят в изображението ще бъде това, което очите ни щяха да видят. За човешкото зрение светът се състои от комбинации от червено, зелено и синьо. И "истинският" цвят на изображението може да се получи с помощта на червени, зелени и сини филтри.
Любопитна е разликата в отразяването на повърхността в различни граници.
Но ако кадрите са направени чрез, например, сини, червени и инфрачервени филтри, тогава цветът на изображението ще се окаже „фалшив“, въпреки че физическите принципи на неговото получаване са точно същите като истинските.
Когато публикуват цветни изображения на официалните уебсайтове, те подписват кои цветни филтри се използват в изображението. Тези снимки обаче се появяват в медиите без никакво обяснение. Следователно всевъзможни спекулации за скрития цвят на Марс или дори Луната все още циркулират в Интернет.
В обикновените наземни камери снимането през многоцветни филтри се използва по същия начин, само те са залепени за елементите на фотографската матрица (филтър на Байер), а автоматиците, а не учени, се занимават с намаляване на цвета. Роувърът Curiosity вече има инсталирани филтри на Bayer, въпреки че е запазено отделно филтърно колело.
Инфрачервена снимка
Очите ни не виждат инфрачервена светлина и кожата я възприема като топлина, въпреки че инфрачервеният диапазон не е по-малък от видимата светлина. Информация, скрита от окото, може да бъде получена чрез инфрачервени камери. Дори и най-обикновените фотосензори могат да виждат близо инфрачервена светлина (опитайте например да снимате светлината на дистанционното управление на телевизора със смартфон). За да регистрирате средния обхват на инфрачервената светлина, отделни камери с различен тип сензори се поставят върху космическата технология. И далеч инфрачервеният вече изисква охлаждане на сензорите до дълбок минус.
Поради по-високата проникваща сила на инфрачервената светлина е възможно да се погледне по-дълбоко в дълбокото пространство, през мъглявините от газ и прах, и в почвата на планети и други твърди частици.
Така учените Venus Express наблюдават движението на облаците на средни височини в атмосферата на Венера.
New Horizons регистрира топлинното сияние от вулкани на луната на Юпитер Io.
Проучването на режима на хищници е използвано на гребците на Spirit and Opportunity.
Погледът на Марс Експрес към полюсите на Марс показа разликата в разпределението на въглероден диоксид и воден лед по повърхността на ледени шапки (розово - въглероден диоксид, синьо - воден лед).
За да получат максимална информация, инфрачервените камери са оборудвани с голям набор от филтри или пълноценен спектрометър, който ви позволява да разлагате цялата светлина, отразена от повърхността, в спектър. Например New Horizons има инфрачервен сензор с 65,5 хиляди пикселни елемента, подредени в 256 реда. Всеки ред „вижда“само радиация в тесния си обхват, а сензорът работи в режим на скенер, т.е. камерата с него се „ръководи“върху обекта, който се изследва.
Както вече споменахме, инфрачервената светлина е топлина, така че снимането в този диапазон отваря още една възможност за изследване на твърди тела в космоса. Ако наблюдавате повърхността дълго време в процеса на нагряване от слънчевите лъчи през деня и охлаждане през нощта, можете да видите, че някои повърхностни елементи бързо се нагряват и охлаждат, а някои се нагряват за дълго време и се охлаждат дълго време. Тези наблюдения се наричат термични инерционни изследвания. Те ви позволяват да определите физическите характеристики на почвата: разхлабената, като правило, лесно се натрупва и лесно отделя топлина, а гъста - загрява дълго време и запазва топлината за дълго време.
На картата: розово - с ниска топлинна инерция, синьо - с високо (т.е. се охлажда за дълго време).
Интересно наблюдение в термичен режим направи съветската сонда "Фобос-2". Докато снима Марс в термичен режим, той забеляза дълга ивица, която се простира по цялата планета.
През 90-те пресата изрази мистични спекулации за следа от кондензация на самолети в атмосферата на Марс, но реалността се оказа по-интересна, макар и по-прозаична. Термичната камера "Фобос-2" успя да запише лента от охладена почва, която се простира зад преминаващата сянка на спътника на Марс - Фобос.
Има и грешки. Например, докато изследват Гале Кратер от спътника Марс Одисея, учените идентифицират район с висока термична инерция, близо до приземявания роувър Curiosity. Там те очакваха да намерят плътна скала, но откриха глинени скали със сравнително високо водно съдържание - до 6%. Оказа се, че причината за високата топлинна инерция е водата, а не камъкът.
Ултравиолетова стрелба
С помощта на ултравиолетовото лъчение те изучават газовия компонент на Слънчевата система и цялата Вселена. Ултравиолетовият спектрометър е инсталиран на телескопа Хъбъл и с негова помощ беше възможно да се определи разпределението на водата в атмосферата на Юпитер или да се открият емисии от подледовия океан на спътника му Европа.
Почти всички планетарни атмосфери са изследвани при ултравиолетова светлина, дори и тези, които на практика отсъстват. Мощният ултравиолетов спектрометър на сондата MAVEN даде възможност да се види водородът и кислородът около Марс на значително разстояние от повърхността. Тези. за да видите как дори сега изпаряването на газове от атмосферата на Марс продължава и колкото по-лек е газът, толкова по-интензивно се случва това.
Водородът и кислородът в атмосферата на Марс се получават чрез фотохимична дисоциация (разделяне) на водни молекули в компоненти под влияние на слънчевата радиация, а водата на Марс се изпарява от почвата. Тези. MAVEN направи възможно да се отговори на въпроса защо сега Марс е сух, въпреки че някога имаше океан, езера и реки.
Сондата Mariner-10 в ултравиолетова светлина успя да разкрие детайлите на венерианските облаци, да види V-образната структура на турбулентните потоци и да определи скоростта на ветровете.
По-сложен начин за изучаване на атмосферата е чрез светлина. За целта изследваният обект се поставя между източника на светлина и спектрометъра на космическия кораб. По този начин можете да определите състава на атмосферата, като оцените разликата в спектъра на източника на светлина преди и след като тя е покрита от атмосферата.
По този начин е възможно да се определи не само съдържанието на газове в атмосферата, но и приблизителния състав на праха, ако той също поглъща част от светлината.
Трябва да се отбележи, че по отношение на спектроскопските междупланетни изследвания Русия не е на последно място. С участието на Института за космически изследвания на Руската академия на науките е създаден европейският инфрачервен спектрометър OMEGA за Mars Express; върху същия апарат е резултат от съвместната работа на руски, белгийски и френски учени - инфрачервен и ултравиолетов спектрометър SPICAM; заедно с италианците специалисти от IKI RAS разработиха PFS устройството. Подобен набор от инструменти беше инсталиран на Venus Express, който завърши мисията си в края на 2014 г.
Както можете да видите, светлината ни предоставя значително количество информация за слънчевата система, просто трябва да можете да гледате и виждате, но има и други средства, които вече са свързани с ядрената и радиофизиката. И това е тема за следващия преглед.
