Alle interstellaire en interplanetaire ruimte is gevuld met kosmische straling. Dit is het resultaat van straling van sterren, accretieschijven van zwarte gaten, neutronensterren en pulsars, supernova-explosies … Bijna elke ramp in het heelal is de oorzaak van stralingsemissies. Straling is een probleem voor astronauten en elektronica, maar voor wetenschappers is het een geschenk om veel details over de ruimte te leren. We gaan door met onze beoordeling van wetenschappelijke instrumenten die worden gebruikt om het zonnestelsel te bestuderen.
Eerder hebben we geleerd hoe planeten met optische middelen worden bestudeerd.
Gamma-spectroscopie
Het gamma-bereik is in principe ook optiek gammastralen zijn hoogenergetische fotonen. Maar gammaspectroscopie bestudeert in planetaire wetenschappelijke studies niet de stralen die worden uitgezonden door sterren en zwarte gaten, maar die die planeten en andere niet-atmosferische of zwak atmosferische kosmische lichamen verlichten.
Planeten en asteroïden beginnen in gamma uit te zenden wanneer ze worden gebombardeerd met zwaardere deeltjes: hoogenergetische protonen, alfa-bètastralen en neutronen. De geladen deeltjes raken de oppervlaktebodem en deze begint in het gamma uit te zenden. En, wat typerend is, elk chemisch element zendt in zijn eigen bereik uit. Dat wil zeggen, we hoeven alleen maar een gammaspectrometer boven het oppervlak te houden om te begrijpen waaruit het bestaat. We zullen dus alleen de chemische samenstelling begrijpen, niet de geologische, maar deze aanvullen met informatie, bijvoorbeeld van infraroodspectrometers, en van camera's van het zichtbare bereik, kunnen we een meer visueel beeld krijgen.
Promotie video:
Met behulp van gammaspectrometrie leerden wetenschappers dus over de relatief hoge concentraties thorium-, ijzer- en titaniumertsen op de maan.
Met behulp van een dergelijk apparaat op Mars Odyssey was het mogelijk om twee regio's op Mars te vinden met abnormaal hoge gehalten aan thorium en waarschijnlijk uraniumertsen. Het is heel goed mogelijk dat er ooit processen hebben plaatsgevonden zoals in Afrika, met de vorming van een natuurlijke kernreactor. Toegegeven, anderen hebben het op basis van dezelfde gegevens over een thermonucleaire oorlog … Op de een of andere manier is dit een bemoedigende vondst, aangezien het betekent dat kerncentrales van toekomstige kolonisten op Mars kunnen werken met lokale grondstoffen.
Neutronendetectoren
Kosmische neutronen worden, in tegenstelling tot alfa- en bètadeeltjes, niet volledig door de bodem opgenomen. Sommige neutronen worden gereflecteerd door het oppervlak van steenachtige lichamen, terwijl ze erin slagen ongeveer een halve meter in de grond te zinken. De neutronen die van het oppervlak terugkeren, bewegen in de regel al veel langzamer, hun snelheid en energie hangen af van wat ze in de grond hebben doorgemaakt. Preciezer gezegd: met hun hulp wordt slechts één parameter gemeten: het waterstofgehalte.
Waterstof, vanwege de lichtheid van atomen, vertraagt effectief neutronen bij elastische botsingen, en deze efficiëntie hangt rechtstreeks af van de concentratie. Tegelijkertijd zal waterstof in vrije vorm niet in de bodem achterblijven, vooral niet waar de atmosferische druk naar nul neigt. Om waterstof in de bodem op te slaan, moet het op chemisch niveau worden gebonden en blijft water de beste remedie. Door over het oppervlak te vliegen en gegevens te verzamelen over de snelheden van de "opstijgende" neutronen, kan men dus bij benadering het watergehalte in de bodem bepalen. Natuurlijk, hoe lager we vliegen, hoe nauwkeuriger de gegevens zullen zijn. Satellieten geven nog steeds een fout van plus of min honderd kilometer.
Met behulp van de Russische instrumenten LEND en HEND werden gegevens verkregen over de verdeling van waterstof / water in de bodems aan de oppervlakte van de maan en Mars.
En als de gegevens van Mars al twee keer zijn bevestigd, wachten de maangegevens nog steeds op hun verificatie. Op Mars landde de Phoenix-lander in het circumpolaire gebied, en waar HEND tot 70% van het water in de grond beloofde, werd een laag waterijs direct onder het stof gevonden. En in Gale Crater, waar de Curiosity-rover actief is, beloofde HEND 5%, het watergehalte in de grond varieert van 3% tot 5%, en komt slechts zelden zes procent "oases" tegen.
Na zo'n succes van HEND zat zijn broer DAN direct op de rover en nu verzamelt hij gegevens niet vanaf een hoogte van 300 km, zoals zijn voorganger, maar 0,5 m. Het is waar dat de peildiepte nog steeds niet groter is dan 1 meter, maar de ruimtelijke resolutie is toegenomen van tientallen kilometers tot centimeters.
Ondanks het succes van neutronendetectoren is er echter geen definitief vertrouwen in. Gletsjers op de maan wachten nog steeds op hun ontdekker, en ruimteagentschappen, evenals particuliere bedrijven, besteden steeds meer aandacht aan de polen van de maan. Hoewel de vochtconcentratie daar volgens satellieten niet meer dan 4% is.
Radars
Het geluid van de planeten in het radiobereik begon vanaf de aarde te gebeuren. Veel informatie werd gegeven door de Arecibo radiotelescoop, 300 meter in diameter. In de jaren 80 ontdekte hij bijvoorbeeld aan de polen van hete Mercurius een vreemde weerspiegeling die waterijs kon geven. Wetenschappers konden lange tijd niet geloven dat er gletsjers zouden kunnen bestaan op de planeet die het dichtst bij de zon staat. Ik moest wachten op de resultaten van de Messenger-sonde, die met behulp van een neutronendetector en laserafstandsbediening de aanwezigheid van ijs kon bevestigen.
Arecibo toonde indrukwekkende foto's tijdens de supermaan van 2013. Op de maan kan hij met zijn hulp de gevolgen zien van catastrofale lavastromen en "overstromingen".
Als deze afbeeldingen worden gecombineerd met kaarten van de verdeling van mineralen verkregen uit orbitale spectrometers, is het mogelijk om een gedetailleerde geologische kaart van het gebied samen te stellen en is het mogelijk om de evolutie van het oppervlak te reconstrueren. Al is het vreemd dat er tot nu toe geen satelliet met een krachtige radar naar de maan is gestuurd.
Maar drie radarsatellieten vlogen naar Venus. Er is geen andere manier om het oppervlak vanuit de baan van deze planeet te bestuderen. Venera-15 en -16 brachten de Noordpool in de jaren tachtig in kaart en vervolgens, in de jaren negentig, maakte Magellan een complete kaart.
Nu is Cassini bezig met een soortgelijk bedrijf in een baan om Saturnus. Hier wordt radar gebruikt om de dichte atmosfeer van Titan binnen te dringen. In de loop van talloze vluchten onthult het ruimtestation geleidelijk de eeuwige sluier en onthult aan de wetenschap deze werkelijk verbazingwekkende wereld, in sommige opzichten ongelooflijk veel op de aardse, maar op een of andere manier opvallend anders.
Meerdere radaronderzoeken maken het niet alleen mogelijk om in kaart te brengen, maar ook om dynamische processen te observeren. Zo werd het op mysterieuze wijze verschenen en vervolgens verdwenen eiland beschouwd als een teken van voortdurende seizoensveranderingen. Misschien was het een ijzige ijsberg die in een methaanzee stortte.
Met andere golflengten en verschillende radarontwerpen kunt u dieper gaan. In de baan van Mars bevinden zich twee ruimtevaartuigen uitgerust met "echoloden" die 1-3 kilometer lang de aardkorst van de planeet doordringen.
De studie van het Europese ruimtevaartuig Mars Express maakte het mogelijk om informatie te verkrijgen over de kracht en structuur van poolijs, kooldioxide-ijs te onderscheiden van waterijs en de waterreserves te schatten.
Zijn scan onthulde ook oude asteroïdekraters, begraven door honderden meters vulkanische lava en sedimentaire afzettingen van de oceaan van Mars, op het noordelijk halfrond van de planeet. Wetenschappers hebben herhaaldelijk het duidelijke verschil opgemerkt in het aantal meteorietkraters in het zuidelijke en noordelijke halfrond van Mars, en Mars Express heeft het mysterie opgelost. Als er nog iemand hoop had op de marsmannetjes die begraven zijn in het sub-Martiaanse Zion vanwege vacuüm, droogte en vorst, dan heb ik slecht nieuws voor hen …
Het ruimtevaartuig New Horizons heeft ook instrumenten voor radaronderzoek, maar de antennegrootte is inferieur aan die van veel interplanetaire collega's, dus het onderzoek zal zich concentreren op het vinden en bestuderen van de atmosfeer.
Ik kijk uit naar de resultaten van radarscanning van de kern van komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko, die door het Rosetta en Philae ruimtevaartuig voor een paar is gedaan.
De radar werd zelfs naar de maan gebracht. De Chinese "Jade Hare" slaagde erin om slechts honderd meter te lopen, maar zelfs daarop slaagde hij erin de meest interessante profielen van het maanoppervlak te krijgen, tot een diepte van ongeveer vierhonderd meter. In de toekomst zal dergelijke informatie van vitaal belang zijn voor de bouw van een maanstation, basis of nederzetting.
Alpha proton spectroscopie
Als het gaat om de studie van ruimtelichamen per lander, is het bijna onmogelijk om momenten van alfa-proton röntgenfluorescentiespectroscopie aan te raken.
Apparaten van het type APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) werden geïnstalleerd op alle NASA Mars-rovers. APXS is beschikbaar op de Philae-lander in de kern van komeet 67P / Churyumov-Gerasimenko. Er was een soortgelijk apparaat (RIFMA) op de Sovjet-maanrovers.
Het werkingsprincipe van de methode lijkt op gammaspectroscopie, behalve dat de sensor zijn eigen bron van geladen deeltjes (een soort radioactieve isotoop) heeft, voornamelijk alfastralen. Het bestudeerde monster wordt bestraald met straling en begint te gloeien in het röntgenbereik.
Bovendien gloeit elk chemisch element op zijn eigen manier, wat het mogelijk maakt spectra van elementaire samenstelling te verkrijgen.
Dit is verre van een volledig overzicht van apparatuur voor het verkennen van het zonnestelsel. In de regel worden astrofysische instrumenten ook op interplanetaire voertuigen geïnstalleerd om energetische deeltjes, interplanetaire straling, plasma en stof te registreren. Interplanetaire vluchten stellen je ook in staat om de ruimte, de relatie tussen de zon, planeten en het interstellaire medium te bestuderen, maar dat is een ander verhaal.
