Kaj je potrebno za podrobno preučevanje drugega planeta, asteroida ali kometa?
Najprej lansirajte vesoljsko plovilo bližje. In to sondo opremite z instrumenti, tako da na podlagi omejitev glede prostornine in mase povedo čim več o predmetu preučevanja. Danes bomo videli, kako človek preučuje osončje s pomočjo optičnih sredstev.
Okoli Sonca se vrti veliko kozmičnih teles, ki se med seboj zelo razlikujejo. Plinski velikani nimajo trdne površine, kamniti planeti pa imajo ozračje različnih gostot, od zanemarljive do preobremenjene. Asteroidi so kamni in obstajajo železo, kometi pa močno spreminjajo svojo aktivnost, odvisno od razdalje do Sonca.
Jasno je, da bodo za preučevanje predmetov z različnimi lastnostmi potrebni različni instrumenti. Hkrati so znanstveniki že nabrali veliko izkušenj z uporabo številnih vrst raziskovalnih metod, razumeli so, kaj daje največ koristnih informacij z minimalno maso. Zdaj si lahko ogledamo takšen "gospodski nabor" robotskega raziskovalca vesolja.
Streljanje v vidnem območju
Oči so še naprej naš glavni raziskovalni instrument, zato astronomi na Zemlji vlagajo milijarde v velikanske teleskope, za vesolje pa se ustvarjajo posebne kamere. Poskušajo narediti znanstveno zbornico dvojno, tj. lansirajte dve kameri: eno širokokotno, drugo dolgo fokusno. Širokokotni vam bo omogočil zajem velikih površin z očmi, vsi predmeti v njem pa bodo majhni. Dolgoročno je "orožje dolgega dosega", ki vam omogoča natančne podrobnosti s velike razdalje.
Promocijski video:
To načelo velja tako v vesolju kot na površini planetov. Torej ima rover Curiosity širokokotno barvno lečo 34 mm, lečo z dolgim fokusom pa 100 mm.
Pri orbitalnih modulih je razmerje med dolgim in širokim običajno veliko bolj pomembno. Namesto leče z dolgim fokusom je nameščen polnopravni zrcalni teleskop.
Največji zrcalni teleskop zunaj Zemljine orbite zdaj deluje v orbiti na Marsu, s satelitom MRO - s premerom 50 cm. Kamera HiRise zajema višine 250-300 km v fenomenalnih podrobnostih do 26 cm.
To omogoča znanstvenikom, da preučujejo Mars in spremljajo gibanje roverjev, navdušenci pa kot mi počnemo marsovsko arheologijo.
Poleg znanstvenih kamer so vesoljska plovila pogosto opremljena z navigacijskimi kamerami. Operaterjem omogočajo, da se bolje orientirajo "na terenu" in izbirajo cilje za znanstvene kamere. Navigacijske kamere lahko zajemajo še širše kote gledanja, prav tako jih je mogoče ustvariti dvojno, vendar za večjo zanesljivost ali za stereo fotografijo.
Razlika med znanstvenimi in navigacijskimi kamerami ni le v širini kota gledanja. Znanstvene kamere so opremljene tudi z zamenljivimi barvnimi filtri, ki omogočajo analizo nekaterih spektralnih značilnosti površine predmetov, ki se preučujejo. Filtri so običajno nameščeni v posebnem kolesu, ki vam omogoča, da jih spremenite na optični osi kamere.
Znanstvene kamere privzeto snemajo v pankromatskem območju - črno-beli način, v katerem fotografska matrica sprejema vso vidno svetlobo in celo rahlo nevidno - blizu infrardečega. Tovrstno fotografiranje omogoča najvišjo ločljivost in ogled najfinejših podrobnosti, zato je večina slik iz vesolja črno-belih. Čeprav nekdo misli, da je s tem povezana nekakšna zarota.
V panchromatic (črno-belem) načinu so podrobnosti višje.
Barvne slike lahko dobite z večkratnim fotografiranjem z izmeničnimi barvnimi filtri s kombiniranjem slik. Posamezen okvir, posnet z enim barvnim filtrom, bo tudi črno-bel, zato je treba slike kombinirati tri naenkrat. In to sploh ni potrebno, nastala barva na sliki bo takšna, kot bi jo videle naše oči. Za človeški vid je svet sestavljen iz kombinacij rdeče, zelene in modre. In "pravo" barvo slike je mogoče dobiti s pomočjo rdečih, zelenih in modrih filtrov.
Zanimiva je razlika v površinski odbojnosti v različnih območjih.
Če pa so okviri narejeni prek na primer modrih, rdečih in infrardečih filtrov, se bo barva slike izkazala za "napačno", čeprav so fizični principi njenega prejema popolnoma enaki dejanskim.
Pri objavljanju barvnih slik na uradnih spletnih mestih podpišejo, kateri barvni filtri se uporabljajo v sliki. Toda te fotografije se pojavijo v medijih brez kakršne koli razlage. Zato po internetu še vedno krožijo raznovrstne špekulacije o skriti barvi Marsa ali celo Lune.
V navadnih prizemnih kamerah se streljanje skozi večbarvne filtre uporablja na enak način, le da so prilepljeni na elemente foto matrice (Bayerjev filter) in avtomatizacija, ne znanstveniki, se ukvarja z zmanjševanjem barv. Rover Curiosity je že namestil filtre Bayer, čeprav je ohranjeno ločeno filtrirno kolo.
Infrardeče fotografiranje
Naše oči ne vidijo infrardeče svetlobe, koža pa jo dojema kot toploto, čeprav infrardeči obseg ni manjši od vidne svetlobe. Informacije, skrite pred očmi, lahko dobite z infrardečimi kamerami. Tudi najbolj običajni foto senzorji lahko vidijo skoraj infrardečo svetlobo (poskusite na primer s pametnim telefonom fotografirati svetlobo daljinskega upravljalnika televizorja). Za registracijo srednjega obsega infrardeče svetlobe so na vesoljsko tehnologijo nameščene ločene kamere z drugačno vrsto senzorjev. In daljni infrardeči vmes že zahteva hlajenje senzorjev na globok minus.
Zaradi večje penetracijske moči infrardeče svetlobe je mogoče pogledati globlje v globok prostor, skozi meglice plina in prahu ter v tla planetov in drugih trdnih snovi.
Tako so znanstveniki Venus Express opazovali gibanje oblakov na srednjih višinah v atmosferi Venere.
New Horizons je zabeležil toplotni sij vulkanov na Jupitrovi luni Io.
Anketa o načinu plenilcev je bila uporabljena na roverjih Spirit in Opportunity.
Pogled podjetja Mars Express na polovice Marsa je pokazal razliko v porazdelitvi ogljikovega dioksida in vodnega ledu po površini ledenih pokrovčkov (roza - ogljikov dioksid, modro - vodni led).
Za pridobivanje največ informacij so infrardeče kamere opremljene z velikim naborom filtrov ali s popolnim spektrometrom, ki vam omogoča, da vso svetlobo, ki se odbije od površine, razdeli v spekter. Na primer, New Horizons ima infrardeči senzor s 65,5 tisoč elementi slikovnih pik, razporejenih v 256 vrstic. Vsaka vrstica "vidi" samo sevanje v svojem ozkem območju, senzor pa deluje v načinu optičnega bralnika, tj. kamera z njim je "usmerjena" nad predmetom, ki se preučuje.
Kot smo že omenili, je infrardeča svetloba toplota, zato snemanje v tem območju odpira še eno priložnost za raziskovanje trdnih teles v vesolju. Če površino dolgo opazujete pri segrevanju sončnih žarkov podnevi in se ponoči ohlaja, lahko vidite, da se nekateri elementi površine hitro segrejejo in ohladijo, nekateri pa trajajo dolgo, da se dolgo segrejejo in ohladijo. Ta opažanja imenujemo študije toplotne inercije. Omogočajo vam, da določite fizične značilnosti tal: ohlapno praviloma zlahka pridobiva in zlahka odda toploto, gosto - segreva dlje časa in dolgo časa zadržuje toploto.
Na zemljevidu: roza - z nizko toplotno vztrajnostjo, modra - z visoko (t.j. dlje časa se hladi).
Zanimivo opazovanje v termičnem načinu je naredila sovjetska sonda "Phobos-2". Med fotografiranjem Marsa v termičnem načinu je opazil dolg trak, ki se razteza čez planet.
V 90. letih je tisk izrazil mistična ugibanja o sledovanju kondenzacije zrakoplovov v Marsovi atmosferi, toda resničnost se je izkazala za bolj zanimivo, čeprav bolj prozaično. Termalna kamera "Phobos-2" je lahko posnela trak ohlajene zemlje, ki se razteza za prehodno senco Marsovega satelita - Phobos.
Obstajajo tudi napake. Na primer, med raziskovanjem Gale Craterja s satelita Mars Odyssey so znanstveniki identificirali območje z visoko toplotno vztrajnostjo, blizu pristanega roverja Curiosity. Tam so pričakovali, da bodo našli gosto skalo, vendar so našli glinene kamnine z relativno visoko vsebnostjo vode - do 6%. Izkazalo se je, da je bil razlog za visoko toplotno vztrajnost voda, ne kamen.
Streljanje z ultravijoličnimi žarki
S pomočjo ultravijoličnega sevanja preučujejo plinsko komponento sončnega sistema in celotnega Vesolja. Ultravijolični spektrometer je nameščen na teleskopu Hubble in z njegovo pomočjo je bilo mogoče določiti razporeditev vode v atmosferi Jupitra ali zaznati emisije iz podglavniškega oceana njegovega satelita Europa.
Skoraj vse planetarne atmosfere so bile raziskane v ultravijolični svetlobi, tudi tiste, ki so praktično odsotne. Zmogljiv ultravijolični spektrometer sonde MAVEN je omogočil opazovanje vodika in kisika, ki obdaja Mars, na znatni razdalji od površine. Tiste. da vidimo, kako se še zdaj nadaljuje izhlapevanje plinov iz Marsove atmosfere, in čim lažji je plin, tem intenzivnejše se zgodi.
Vodik in kisik v atmosferi Marsa dobimo s fotokemično disociacijo (ločitvijo) vodnih molekul v sestavne dele pod vplivom sončnega sevanja, voda na Marsu pa izhlapi iz zemlje. Tiste. MAVEN je omogočil odgovor na vprašanje, zakaj je Mars zdaj suh, čeprav je bil nekoč ocean, jezera in reke.
Sonda Mariner-10 v ultravijolični svetlobi je lahko razkrila podrobnosti venerskih oblakov, videla strukturo turbulentnih tokov v obliki črke V in določila hitrost vetrov.
Bolj prefinjen način preučevanja ozračja je svetloba. Za to je predmet, ki se preučuje, postavljen med svetlobni vir in spektrometer vesoljskega plovila. Tako lahko določite sestavo atmosfere tako, da ocenite razliko v spektru svetlobnega vira pred in po tem, ko ga ozračje pokriva.
Tako je mogoče določiti ne le vsebnost plinov v atmosferi, temveč tudi približno sestavo prahu, če ta absorbira tudi del svetlobe.
Treba je opozoriti, da Rusija v smislu spektroskopskih medplanetarnih raziskav ni zadnja. S sodelovanjem Inštituta za vesoljske raziskave Ruske akademije znanosti je bil za Mars Express ustvarjen evropski infrardeči spektrometer OMEGA; na istem aparatu je rezultat skupnega dela ruskih, belgijskih in francoskih znanstvenikov - infrardečega in ultravijoličnega spektrometra SPICAM; skupaj z Italijani so strokovnjaki IKI RAS razvili napravo PFS. Podoben nabor instrumentov je bil nameščen na Venus Expressu, ki je svojo misijo zaključil konec leta 2014.
Kot lahko vidite, nam svetloba zagotavlja veliko količino informacij o sončnem sistemu, morate biti sposobni pogledati in videti, obstajajo pa tudi druga sredstva, povezana z jedrsko in radiofiziko. In to je tema za naslednji pregled.