Čo je potrebné na podrobné štúdium inej planéty, asteroidu alebo kométy?
Najskôr spustite vesmírnu loď bližšie. A vybaviť túto sondu nástrojmi tak, aby čo najviac rozprávali o predmete štúdie na základe obmedzení objemu a hmotnosti. Dnes uvidíme, ako človek študuje slnečnú sústavu optickými prostriedkami.
Mnohé kozmické telá sa točia okolo Slnka, ktoré sa od seba veľmi líšia. Plynové giganty nemajú pevný povrch a skalnaté planéty majú atmosféru rôznych hustôt, od zanedbateľných po superdenzionálne. Asteroidy sú kameň, železo a kométy značne menia svoju aktivitu v závislosti od vzdialenosti od Slnka.
Je zrejmé, že na štúdium objektov s rôznymi vlastnosťami budú potrebné rôzne nástroje. Vedci už nazhromaždili značné skúsenosti s uplatňovaním mnohých druhov výskumných metód, boli schopní porozumieť tomu, čo poskytuje maximum užitočných informácií s minimálnou hmotnosťou. Teraz sa môžeme pozrieť na takú „gentlemanskú súpravu“robotického prieskumníka vesmíru.
Fotografovanie vo viditeľnom rozsahu
Oči sú naďalej naším hlavným výskumným nástrojom, a preto astronómovia na Zemi investujú miliardy do obrovských teleskopov a pre vesmír sa vytvárajú špeciálne kamery. Pokúšajú sa zdvojnásobiť vedeckú komoru, t. spustenie dvoch kamier: jeden širokouhlý, druhý s dlhým zaostrením. Široký uhol vám umožní zachytiť veľké oblasti, ale všetky objekty v ňom budú malé. Dlhé ohnisko je „zbraň s dlhým doletom“, ktorá umožňuje prezerať jemné detaily z veľkej vzdialenosti.
Propagačné video:
Tento princíp platí tak vo vesmíre, ako aj na povrchu planét. Rover Curiosity má širokouhlý farebný objektív 34 mm a objektív s dlhým zaostrením - 100 mm.
V prípade orbitálnych modulov je pomer medzi dlhými a širokými obvykle oveľa výraznejší. Namiesto objektívu s dlhým ohniskom je nainštalovaný plnohodnotný zrkadlový ďalekohľad.
Najväčší zrkadlový ďalekohľad mimo obežnej dráhy Zeme je teraz na obežnej dráhe Mars so satelitom MRO s priemerom 50 cm. Kamera HiRise zachytáva výšku 250 až 300 km vo fenomenálnych detailoch až do 26 cm
To umožňuje vedcom študovať Mars a sledovať pohyb vozoviek a nadšenci ako my robia marťanskú archeológiu.
Kozmické lode sú okrem vedeckých kamier často vybavené aj navigačnými kamerami. Umožňujú operátorom lepšie sa orientovať „na zemi“a zvoliť si ciele pre vedecké kamery. Navigačné kamery dokážu pokryť ešte širšie pozorovacie uhly a môžu byť tiež vytvorené dvojnásobne, ale pre zvýšenie spoľahlivosti alebo pre stereofónne fotografovanie.
Rozdiel medzi vedeckými a navigačnými kamerami nie je iba v šírke uhla pozorovania. Vedecké fotoaparáty sú tiež vybavené vymeniteľnými farebnými filtrami, ktoré vám umožňujú analyzovať niektoré spektrálne charakteristiky povrchu sledovaných objektov. Filtre sú zvyčajne umiestnené na špeciálnom kolese, ktoré vám umožňuje ich zmenu na optickej osi fotoaparátu.
V predvolenom nastavení vedecké fotoaparáty snímajú v panchromatickom rozsahu - čiernobielom režime, v ktorom matica fotografií prijíma všetky viditeľné svetlo a dokonca aj mierne neviditeľné - v blízkosti infračerveného žiarenia. Tento druh snímania umožňuje získať najvyššie rozlíšenie a zobraziť tie najjemnejšie detaily, takže väčšina obrázkov z vesmíru je čiernobiela. Aj keď si niekto myslí, že s tým je spojené nejaké sprisahanie.
V panchromatickom (čiernobielom) režime je detail vyšší.
Farebné obrázky je možné získať opakovaným snímaním pomocou alternatívnych farebných filtrov kombináciou obrázkov. Jeden rámik zhotovený s jedným farebným filtrom bude tiež čiernobiely, takže obrázky je potrebné skombinovať po troch. A nie je to vôbec nevyhnutné, výsledná farba na obrázku bude to, čo by naše oči videli. Pre ľudské videnie pozostáva svet z kombinácie červenej, zelenej a modrej. „Skutočnú“farbu obrázka je možné získať pomocou červeného, zeleného a modrého filtra.
Zvedavý je rozdiel povrchovej odraznosti v rôznych rozsahoch.
Ak sú však rámčeky vytvorené napríklad pomocou modrých, červených a infračervených filtrov, farba obrázka sa ukáže ako „nepravdivá“, hoci fyzikálne princípy jeho prijatia sú úplne rovnaké ako tie skutočné.
Pri publikovaní farebných obrázkov na oficiálnych webových stránkach podpisujú, ktoré farebné filtre sa v obrázku používajú. Tieto fotografie sa však objavujú v médiách bez vysvetlenia. Preto na internete stále kolujú rôzne špekulácie o skrytej farbe Marsu alebo dokonca Mesiaca.
V bežných terestriálnych kamerách sa snímanie pomocou viacfarebných filtrov používa rovnakým spôsobom, iba ak sú prilepené k prvkom fotografickej matrice (Bayerov filter) a automatizácia, nie vedci, sa zaoberá redukciou farieb. Rover Curiosity už nainštaloval filtre Bayer, hoci sa zachovalo samostatné filtračné koleso.
Infračervené snímanie
Naše oči nevidia infračervené svetlo a pokožka ho vníma ako teplo, hoci infračervený dosah nie je menší ako viditeľné svetlo. Informácie skryté pred okom možno získať pomocou infračervených kamier. Dokonca aj najbežnejšie fotografické snímače môžu vidieť svetlo blízke infračervenému žiareniu (skúste napríklad snímať svetlo diaľkového ovládača televízora pomocou smartfónu). Na registráciu stredného rozsahu infračerveného svetla sa do kozmickej technológie umiestňujú samostatné kamery s iným typom senzorov. A ďalekosiahle infračervené svetlo už vyžaduje ochladenie snímačov na hlboký mínus.
Vďaka vyššej penetračnej sile infračerveného svetla je možné nahliadnuť hlbšie do hlbokého vesmíru, cez plynové a prachové hmloviny a do pôdy planét a iných pevných látok.
Vedci Venus Express tak pozorovali pohyb mrakov v stredných nadmorských výškach v atmosfére Venuše.
New Horizons zaznamenal tepelnú žiaru sopiek na Jupiterovom mesiaci Io.
Prieskum predátorského režimu sa použil na roverov Spirit a Opportunity.
Pohľad na Mars Express na póloch na Marse ukázal rozdiel v distribúcii oxidu uhličitého a vodného ľadu po povrchu ľadových čiapok (ružový - oxid uhličitý, modrý - vodný ľad).
Na získanie maximálnych informácií sú infračervené kamery vybavené veľkým súborom filtrov alebo plnohodnotným spektrometrom, ktorý vám umožňuje rozkladať všetko odrazené svetlo z povrchu na spektrum. Napríklad New Horizons má infračervený senzor s 65,5 tisíc pixelových prvkov usporiadaných do 256 riadkov. Každá čiara „vidí“iba žiarenie vo svojom úzkom rozsahu a senzor pracuje v režime skenera, t. kamera s ním je „vedená“cez študovaný objekt.
Ako už bolo spomenuté, infračervené svetlo je teplo, takže snímanie v tomto rozsahu otvára ďalšiu príležitosť na skúmanie pevných telies vo vesmíre. Ak sledujete povrch po dlhú dobu v procese zahrievania zo slnečných lúčov vo dne a chladenia v noci, môžete vidieť, že niektoré prvky povrchu sa rýchlo zahrievajú a ochladzujú, niektoré sa zahrievajú dlhú dobu a ochladzujú sa po dlhú dobu. Tieto pozorovania sa nazývajú štúdie tepelnej zotrvačnosti. Umožňujú vám určiť fyzikálne vlastnosti pôdy: voľné, spravidla ľahko získava a ľahko vydáva teplo, a hustá - zahrieva sa po dlhú dobu a udržuje teplo po dlhú dobu.
Na mape: ružová - s nízkou tepelnou zotrvačnosťou, modrá - s vysokým obsahom (t. j. ochladzuje sa na dlhú dobu).
Zaujímavé pozorovanie bolo v tepelnom režime sovietskou sondou „Phobos-2“. Pri fotografovaní Marsu v tepelnom režime si všimol dlhý pás, ktorý sa tiahne po celej planéte.
V 90. rokoch tlač vyjadrila mystické špekulácie o kondenzačnej stope lietadla v atmosfére Marsu, ale realita sa ukázala byť zaujímavejšou, hoci prozaickejšou. Termálna kamera „Phobos-2“dokázala zaznamenať pás vychladnutej pôdy, ktorý sa tiahne za prechádzajúcim tieňom satelitu Mars - Phobos.
Existujú tiež chyby. Napríklad pri skúmaní kráteru Gale zo satelitu Mars Odyssey vedci identifikovali oblasť s vysokou tepelnou zotrvačnosťou v blízkosti pristávaného roveru zvedavosti. Tam očakávali, že nájdu hustú horninu, ale našli ílové horniny s relatívne vysokým obsahom vody - až 6%. Ukázalo sa, že dôvodom vysokej tepelnej zotrvačnosti bola voda, nie kameň.
Ultrafialové snímanie
S pomocou ultrafialového žiarenia študujú plynnú zložku slnečnej sústavy a celý vesmír. Ultrafialový spektrometer sa nachádza na Hubbleovom ďalekohľade a pomocou neho bolo možné určiť distribúciu vody v atmosfére Jupitera alebo zistiť emisie zo subglaciálneho oceánu jeho satelitu Europa.
Takmer všetky planetárne atmosféry boli študované v ultrafialovom svetle, dokonca aj tie, ktoré prakticky neexistujú. Výkonný ultrafialový spektrometer sondy MAVEN umožnil pozorovať vodík a kyslík obklopujúci Mars v značnej vzdialenosti od povrchu. Tie. aby sme videli, ako stále pokračuje odparovanie plynov z atmosféry Marsu a čím ľahší je plyn, tým intenzívnejšie sa to stáva.
Vodík a kyslík v atmosfére Marsu sa získavajú fotochemickou disociáciou (separáciou) molekúl vody na zložky pod vplyvom slnečného žiarenia a voda na Marse sa vyparuje z pôdy. Tie. MAVEN umožnil odpovedať na otázku, prečo je Mars teraz suchý, hoci kedysi existoval oceán, jazerá a rieky.
Sonda Mariner-10 v ultrafialovom svetle bola schopná odhaliť podrobnosti o venušských oblakoch, vidieť štruktúru turbulentných prúdov v tvare písmena V a určiť rýchlosť vetra.
Sofistikovanejší spôsob štúdia atmosféry je svetlo. Za týmto účelom sa skúmaný objekt umiestni medzi svetelný zdroj a spektrometer kozmickej lode. Takto môžete určiť zloženie atmosféry vyhodnotením rozdielu v spektre svetelného zdroja pred a po pokrytí atmosférou.
Takto je možné určiť nielen obsah plynov v atmosfére, ale aj približné zloženie prachu, ak absorbuje aj časť svetla.
Je potrebné poznamenať, že pokiaľ ide o spektroskopický medziplanetárny výskum, Rusko nie je posledné. Za účasti inštitútu pre vesmírny výskum Ruskej akadémie vied bol pre Mars Express vytvorený európsky infračervený spektrometer OMEGA; na rovnakom prístroji je výsledkom spoločnej práce ruských, belgických a francúzskych vedcov - infračervený a ultrafialový spektrometer SPICAM; špecialisti IKI RAS vyvinuli spolu s Talianmi zariadenie PFS. Podobná skupina nástrojov bola nainštalovaná na platforme Venus Express, ktorá svoju misiu dokončila koncom roka 2014.
Ako vidíte, svetlo nám poskytuje značné množstvo informácií o slnečnej sústave, stačí sa len pozerať a vidieť, ale existujú ďalšie prostriedky, ktoré už súvisia s jadrovou a rádiofyzikou. A to je téma pre ďalšiu kontrolu.