Wat is er nodig voor een gedetailleerde studie van een andere planeet, asteroïde of komeet?
Lanceer eerst een ruimtevaartuig dichterbij. En rust deze sonde uit met instrumenten zodat ze zoveel mogelijk vertellen over het onderwerp van studie, uitgaande van de beperkingen op volume en massa. Vandaag zullen we zien hoe iemand het zonnestelsel met optische middelen bestudeert.
Veel kosmische lichamen draaien rond de zon, die erg van elkaar verschillen. Gasreuzen hebben geen vast oppervlak en rotsachtige planeten hebben atmosferen met verschillende dichtheden, van verwaarloosbaar tot superdicht. Asteroïden zijn steen en er is ijzer, en kometen veranderen hun activiteit sterk afhankelijk van de afstand tot de zon.
Het is duidelijk dat er verschillende instrumenten nodig zijn om objecten met verschillende eigenschappen te bestuderen. Tegelijkertijd hebben wetenschappers al aanzienlijke ervaring opgedaan met de toepassing van vele soorten onderzoeksmethoden, ze waren in staat om te begrijpen wat de maximale bruikbare informatie geeft met een minimale massa. Nu kunnen we kijken naar zo'n "gentleman's set" van robotachtige ruimteverkenners.
Schieten in het zichtbare bereik
De ogen blijven ons belangrijkste onderzoeksinstrument, daarom investeren astronomen op aarde miljarden in gigantische telescopen en worden er speciale camera's gemaakt voor de ruimte. Ze proberen een wetenschappelijke kamer te verdubbelen, d.w.z. lanceer twee camera's: een groothoek, de tweede lange focus. Met groothoek kunt u grote gebieden met uw ogen vastleggen, maar alle objecten erin zullen klein zijn. De langeafstandswapen is een "langeafstandswapen" waarmee je fijne details van een aanzienlijke afstand kunt bekijken.
Promotie video:
Dit principe geldt zowel in de ruimte als op het oppervlak van planeten. De Curiosity-rover heeft dus een groothoeklens van 34 mm en een lens met een lange focus - 100 mm.
Voor orbitale modules is de verhouding tussen lang en breed meestal veel groter. In plaats van een longfocuslens is een volwaardige spiegeltelescoop geïnstalleerd.
De grootste spiegeltelescoop buiten de baan van de aarde werkt nu in een baan om Mars, met de MRO-satelliet - 50 cm in diameter. De HiRise-camera legt hoogtes van 250-300 km vast met fenomenale details tot 26 cm.
Dit stelt wetenschappers in staat Mars te bestuderen en de beweging van rovers te volgen, en enthousiastelingen zoals wij om Mars-archeologie te doen.
Naast wetenschappelijke camera's zijn ruimtevaartuigen vaak uitgerust met navigatiecamera's. Ze stellen operators in staat zich beter te oriënteren "op de grond" en doelen te kiezen voor wetenschappelijke camera's. Navigatiecamera's kunnen zelfs nog grotere kijkhoeken bestrijken en kunnen ook dubbel worden gemaakt, maar voor verhoogde betrouwbaarheid of voor stereofotografie.
Het verschil tussen wetenschappelijke en navigatiecamera's zit hem niet alleen in de breedte van de kijkhoek. Wetenschappelijke camera's zijn ook uitgerust met vervangbare kleurenfilters waarmee u enkele spectrale kenmerken van het oppervlak van de te bestuderen objecten kunt analyseren. Filters bevinden zich meestal in een speciaal wiel waarmee u ze op de optische as van de camera kunt wijzigen.
Standaard schieten wetenschappelijke camera's in panchromatisch bereik - zwart-witmodus, waarin de fotomatrix al het zichtbare licht ontvangt, en zelfs enigszins onzichtbaar - nabij infrarood. Met deze manier van fotograferen krijg je de hoogste resolutie en zie je de fijnste details, dus de meeste beelden uit de ruimte zijn zwart-wit. Hoewel iemand denkt dat hier een soort samenzwering mee te maken heeft.
In panchromatische (zwart-wit) modus zijn de details hoger.
Kleurafbeeldingen kunnen worden verkregen door herhaaldelijk te fotograferen met wisselende kleurfilters door de afbeeldingen te combineren. Een enkel frame gemaakt met één kleurenfilter is ook zwart-wit, dus de afbeeldingen moeten drie tegelijk worden gecombineerd. En het is helemaal niet nodig, de resulterende kleur in de afbeelding zal zijn wat onze ogen zouden zien. Voor het menselijk zicht bestaat de wereld uit combinaties van rood, groen en blauw. En de "echte" kleur van het beeld kan worden verkregen met rode, groene en blauwe filters.
Merkwaardig is het verschil in oppervlaktereflectie in verschillende bereiken.
Maar als de frames bijvoorbeeld door blauwe, rode en infrarode filters worden gemaakt, dan zal de kleur van de afbeelding "vals" blijken te zijn, hoewel de fysieke principes van de ontvangst precies hetzelfde zijn als de echte.
Bij het publiceren van kleurenafbeeldingen op officiële websites ondertekenen ze welke kleurfilters in de afbeelding worden gebruikt. Maar deze foto's verschijnen zonder enige uitleg in de media. Daarom circuleren er nog steeds allerlei speculaties over de verborgen kleur van Mars of zelfs de maan op internet.
In gewone terrestrische camera's wordt fotograferen door meerkleurige filters op dezelfde manier gebruikt, alleen zijn ze vastgelijmd aan de elementen van de fotografische matrix (Bayer-filter) en zijn de automaten, geen wetenschappers, bezig met kleurreductie. De Curiosity rover heeft al Bayer-filters geïnstalleerd, al is er een apart filterwiel bewaard gebleven.
Infrarood schieten
Onze ogen zien geen infrarood licht en de huid neemt het waar als warmte, hoewel het infraroodbereik niet minder is dan zichtbaar licht. Informatie die voor het oog verborgen is, kan worden verkregen door infraroodcamera's. Zelfs de meest gewone fotosensoren kunnen nabij-infrarood licht zien (probeer bijvoorbeeld het licht van de tv-afstandsbediening op te nemen met een smartphone). Om het middenbereik van infrarood licht te registreren, worden aparte camera's met een ander type sensoren op ruimtetechniek geplaatst. En ver infrarood vereist al afkoeling van de sensoren tot een diepe min.
Door het hogere doordringende vermogen van infrarood licht is het mogelijk dieper in de ruimte te kijken, door gas- en stofnevels heen, en in de bodem van planeten en andere vaste stoffen.
Wetenschappers Venus Express observeerden dus de beweging van wolken op middelgrote hoogten in de atmosfeer van Venus.
New Horizons registreerde de thermische gloed van vulkanen op Jupiters maan Io.
Het onderzoek naar de predator-modus werd gebruikt op de rovers Spirit en Opportunity.
Mars Express's blik op de polen van Mars toonde het verschil in de verdeling van kooldioxide en waterijs over het oppervlak van ijskappen (roze - kooldioxide, blauw - waterijs).
Om maximale informatie te verkrijgen, zijn infraroodcamera's uitgerust met een grote set filters, of een volwaardige spectrometer, waarmee u al het licht dat van het oppervlak wordt gereflecteerd, in een spectrum kunt ontbinden. New Horizons heeft bijvoorbeeld een infraroodsensor met 65,5 duizend pixelelementen gerangschikt in 256 lijnen. Elke regel 'ziet' alleen straling in zijn smalle bereik, en de sensor werkt in de scannermodus, d.w.z. de camera bij hem wordt “geleid” over het te bestuderen object.
Zoals eerder vermeld, is infraroodlicht warmte, dus fotograferen in dit bereik biedt een nieuwe mogelijkheid om vaste lichamen in de ruimte te verkennen. Als je het oppervlak gedurende lange tijd observeert tijdens het opwarmen door de zonnestralen overdag en afkoelen 's nachts, kun je zien dat sommige oppervlakte-elementen snel opwarmen en afkoelen, en andere lang opwarmen en lang afkoelen. Deze waarnemingen worden thermische inertiestudies genoemd. Hiermee kunt u de fysieke kenmerken van de grond bepalen: los, wint in de regel gemakkelijk en geeft gemakkelijk warmte af, en dicht - warmt lang op en houdt de warmte lang vast.
Op de kaart: roze - met lage thermische inertie, blauw - met hoge (d.w.z. koelt lange tijd af).
Een interessante observatie, in thermische modus, werd gedaan door de Sovjet-sonde "Phobos-2". Terwijl hij Mars in thermische modus fotografeerde, zag hij een lange strook die zich over de planeet uitstrekt.
In de jaren 90 drukte de pers mystieke speculaties uit over een condensatiespoor van vliegtuigen in de atmosfeer van Mars, maar de realiteit bleek interessanter, zij het prozaïscher. Thermische camera "Phobos-2" was in staat om een strook afgekoelde grond vast te leggen, die zich uitstrekt achter de passerende schaduw van de satelliet van Mars - Phobos.
Er zijn ook fouten. Tijdens het verkennen van de Gale Crater vanaf de Mars Odyssey-satelliet, identificeerden wetenschappers bijvoorbeeld een gebied met een hoge thermische inertie, nabij de gelande Curiosity-rover. Daar verwachtten ze dichte rotsen te vinden, maar ze vonden kleirotsen met een relatief hoog watergehalte - tot 6%. Het bleek dat de reden voor de hoge thermische inertie water was, niet steen.
Ultraviolet schieten
Met behulp van ultraviolette straling bestuderen ze de gascomponent van het zonnestelsel en het hele universum. De ultraviolette spectrometer bevindt zich op de Hubble-telescoop en met zijn hulp was het mogelijk om de verdeling van water in de atmosfeer van Jupiter te bepalen of om emissies van de subglaciale oceaan van zijn satelliet Europa te detecteren.
Bijna alle planetaire atmosferen werden bestudeerd in ultraviolet licht, zelfs degene die praktisch afwezig zijn. De krachtige ultraviolette spectrometer van de MAVEN-sonde maakte het mogelijk om de waterstof en zuurstof rond Mars op aanzienlijke afstand van het oppervlak te zien. Die. om te zien hoe, zelfs nu, de verdamping van gassen uit de atmosfeer van Mars doorgaat, en hoe lichter het gas, hoe intenser dit gebeurt.
Waterstof en zuurstof in de atmosfeer van Mars worden verkregen door fotochemische dissociatie (scheiding) van watermoleculen in componenten onder invloed van zonnestraling, en water op Mars verdampt uit de bodem. Die. MAVEN maakte het mogelijk om de vraag te beantwoorden waarom Mars nu droog is, ook al was er ooit een oceaan, meren en rivieren.
De Mariner-10-sonde in ultraviolet licht was in staat om de details van Venusiaanse wolken te onthullen, de V-vormige structuur van turbulente stromingen te zien en de snelheid van de wind te bepalen.
Een meer verfijnde manier om de atmosfeer te bestuderen, is door licht te gebruiken. Hiervoor wordt het te bestuderen object tussen de lichtbron en de spectrometer van het ruimtevaartuig geplaatst. U kunt dus de samenstelling van de atmosfeer bepalen door het verschil in het spectrum van de lichtbron te evalueren voordat en nadat deze door de atmosfeer wordt bedekt.
Zo is het mogelijk om niet alleen het gehalte aan gassen in de atmosfeer te bepalen, maar ook de geschatte samenstelling van het stof, als het ook een deel van het licht absorbeert.
Opgemerkt moet worden dat Rusland in termen van spectroscopisch interplanetair onderzoek niet het laatste is. Met de deelname van het Space Research Institute van de Russian Academy of Sciences werd de Europese infraroodspectrometer OMEGA gemaakt voor Mars Express; op hetzelfde apparaat is het resultaat van gezamenlijk werk van Russische, Belgische en Franse wetenschappers - infrarood- en ultravioletspectrometer SPICAM; samen met de Italianen hebben specialisten van de IKI RAS het PFS-apparaat ontwikkeld. Een soortgelijk instrumentarium werd geïnstalleerd op de Venus Express, die eind 2014 zijn missie voltooide.
Zoals je kunt zien, geeft licht ons een aanzienlijke hoeveelheid informatie over het zonnestelsel, je hoeft alleen maar te kunnen kijken en zien, maar er zijn al andere middelen die verband houden met nucleaire en radiofysica. En dit is een onderwerp voor de volgende recensie.
