Was wird für eine detaillierte Untersuchung eines anderen Planeten, Asteroiden oder Kometen benötigt?
Starten Sie zuerst ein Raumschiff näher. Und statten Sie diese Sonde mit Instrumenten aus, damit sie auf der Grundlage der Einschränkungen in Bezug auf Volumen und Masse so viel wie möglich über das Thema der Studie aussagen. Heute werden wir sehen, wie eine Person das Sonnensystem mit optischen Mitteln untersucht.
Viele kosmische Körper drehen sich um die Sonne, die sich sehr voneinander unterscheiden. Gasriesen haben keine feste Oberfläche, und felsige Planeten haben Atmosphären unterschiedlicher Dichte, von vernachlässigbar bis überdicht. Asteroiden sind Stein und es gibt Eisen, und Kometen ändern ihre Aktivität stark, abhängig von der Entfernung zur Sonne.
Es ist klar, dass unterschiedliche Instrumente erforderlich sind, um Objekte mit unterschiedlichen Eigenschaften zu untersuchen. Gleichzeitig haben Wissenschaftler bereits beträchtliche Erfahrungen in der Anwendung vieler Arten von Forschungsmethoden gesammelt und konnten verstehen, was das Maximum an nützlichen Informationen bei minimaler Masse ergibt. Jetzt können wir uns ein solches "Gentleman-Set" von Roboter-Weltraumforschern ansehen.
Schießen im sichtbaren Bereich
Die Augen sind weiterhin unser Hauptforschungsinstrument, weshalb Astronomen auf der Erde Milliarden in Riesenteleskope investieren und spezielle Kameras für den Weltraum entwickelt werden. Sie versuchen, eine wissenschaftliche Kammer zu verdoppeln, d.h. Starten Sie zwei Kameras: eine Weitwinkel- und die zweite Langfokuskamera. Mit dem Weitwinkel können Sie große Bereiche mit Ihren Augen erfassen, aber alle darin enthaltenen Objekte sind klein. Die Langfokuswaffe ist eine "Langstreckenwaffe", mit der Sie feine Details aus großer Entfernung betrachten können.
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Dieses Prinzip gilt sowohl im Weltraum als auch auf der Oberfläche von Planeten. Der Curiosity Rover verfügt also über ein Weitwinkel-Farbobjektiv von 34 mm und ein Langfokusobjektiv von 100 mm.
Bei Orbitalmodulen ist das Verhältnis zwischen lang und breit normalerweise viel bedeutender. Anstelle einer Langfokuslinse ist ein vollwertiges Spiegelteleskop installiert.
Das größte Spiegelteleskop außerhalb der Erdumlaufbahn arbeitet jetzt in der Umlaufbahn auf dem Mars mit dem MRO-Satelliten - 50 cm Durchmesser. Die HiRise-Kamera erfasst Höhen von 250 bis 300 km in phänomenalen Details bis zu 26 cm.
Auf diese Weise können Wissenschaftler den Mars untersuchen und die Bewegung von Rovers verfolgen, und Enthusiasten wie wir können Marsarchäologie betreiben.
Raumfahrzeuge sind neben wissenschaftlichen Kameras häufig mit Navigationskameras ausgestattet. Sie ermöglichen es den Bedienern, sich "am Boden" besser zu orientieren und Ziele für wissenschaftliche Kameras auszuwählen. Navigationskameras können noch größere Betrachtungswinkel abdecken und können auch doppelt erstellt werden, jedoch für eine erhöhte Zuverlässigkeit oder für Stereofotografie.
Der Unterschied zwischen Wissenschafts- und Navigationskameras liegt nicht nur in der Breite des Betrachtungswinkels. Wissenschaftliche Kameras sind außerdem mit austauschbaren Farbfiltern ausgestattet, mit denen Sie einige der spektralen Eigenschaften der Oberfläche der untersuchten Objekte analysieren können. Filter befinden sich normalerweise in einem speziellen Rad, mit dem Sie sie auf der optischen Achse der Kamera ändern können.
Standardmäßig fotografieren wissenschaftliche Kameras im panchromatischen Bereich - Schwarzweißmodus, in dem die Fotomatrix das gesamte sichtbare und sogar leicht unsichtbare Licht empfängt - im nahen Infrarot. Diese Art der Aufnahme ermöglicht es Ihnen, die höchste Auflösung zu erzielen und die feinsten Details zu sehen, weshalb die meisten Bilder aus dem Weltraum schwarzweiß sind. Obwohl jemand denkt, dass damit eine Art Verschwörung verbunden ist.
Im panchromatischen Modus (Schwarzweiß) sind die Details höher.
Farbbilder können durch wiederholtes Aufnehmen mit alternierenden Farbfiltern durch Kombinieren der Bilder erhalten werden. Ein einzelnes Bild, das mit einem Farbfilter aufgenommen wurde, ist ebenfalls schwarzweiß, sodass die Bilder zu dritt kombiniert werden müssen. Und es ist überhaupt nicht notwendig, die resultierende Farbe im Bild wird das sein, was unsere Augen sehen würden. Für das menschliche Sehen besteht die Welt aus Kombinationen von Rot, Grün und Blau. Und die "echte" Farbe des Bildes kann mit Rot-, Grün- und Blaufiltern erhalten werden.
Merkwürdig ist der Unterschied im Oberflächenreflexionsvermögen in verschiedenen Bereichen.
Wenn die Bilder jedoch beispielsweise durch Blau-, Rot- und Infrarotfilter erstellt werden, stellt sich heraus, dass die Farbe des Bildes "falsch" ist, obwohl die physikalischen Prinzipien des Empfangs genau die gleichen sind wie die tatsächlichen.
Bei der Veröffentlichung von Farbbildern auf offiziellen Websites signieren sie, welche Farbfilter im Bild verwendet werden. Diese Fotos erscheinen jedoch ohne Erklärung in den Medien. Daher kursieren im Internet immer noch alle möglichen Spekulationen über die verborgene Farbe des Mars oder sogar des Mondes.
Bei gewöhnlichen terrestrischen Kameras wird das Aufnehmen durch mehrfarbige Filter auf die gleiche Weise verwendet, nur dass sie auf die Elemente der fotografischen Matrix (Bayer-Filter) geklebt werden und die Automatik, nicht die Wissenschaftler, sich mit der Farbreduzierung befasst. Der Curiosity Rover hat bereits Bayer-Filter installiert, obwohl ein separates Filterrad erhalten geblieben ist.
Infrarotaufnahmen
Unsere Augen sehen kein Infrarotlicht und die Haut nimmt es als Wärme wahr, obwohl der Infrarotbereich nicht geringer ist als sichtbares Licht. Informationen, die vor dem Auge verborgen sind, können von Infrarotkameras abgerufen werden. Selbst die meisten gewöhnlichen Fotosensoren können nahes Infrarotlicht sehen (versuchen Sie beispielsweise, das Licht der TV-Fernbedienung mit einem Smartphone aufzunehmen). Um den mittleren Bereich des Infrarotlichts zu registrieren, werden separate Kameras mit einem anderen Sensortyp in der Weltraumtechnologie platziert. Und für fernes Infrarot müssen die Sensoren bereits auf ein tiefes Minus gekühlt werden.
Aufgrund der höheren Durchdringungskraft von Infrarotlicht ist es möglich, durch Gas- und Staubnebel und in den Boden von Planeten und anderen Festkörpern tiefer in den Weltraum zu schauen.
So beobachteten die Wissenschaftler Venus Express die Bewegung von Wolken in mittleren Höhen in der Atmosphäre der Venus.
New Horizons zeichnete das thermische Leuchten von Vulkanen auf Jupiters Mond Io auf.
Die Umfrage im Raubtiermodus wurde für die Spirit- und Opportunity-Rover verwendet.
Der Blick von Mars Express auf die Pole des Mars zeigte den Unterschied in der Verteilung von Kohlendioxid und Wassereis auf der Oberfläche von Eiskappen (rosa - Kohlendioxid, blau - Wassereis).
Um maximale Informationen zu erhalten, sind Infrarotkameras mit einem großen Satz von Filtern oder einem vollwertigen Spektrometer ausgestattet, mit dem Sie das gesamte von der Oberfläche reflektierte Licht in ein Spektrum zerlegen können. Beispielsweise verfügt New Horizons über einen Infrarotsensor mit 65,5 Tausend Pixelelementen, die in 256 Zeilen angeordnet sind. Jede Linie "sieht" nur Strahlung in ihrem engen Bereich, und der Sensor arbeitet im Scannermodus, d.h. Die Kamera mit ihm wird über das zu untersuchende Objekt „geführt“.
Wie bereits erwähnt, ist Infrarotlicht Wärme, daher eröffnet das Schießen in diesem Bereich eine weitere Möglichkeit, feste Körper im Weltraum zu erkunden. Wenn Sie die Oberfläche beim Erhitzen durch Sonnenlicht tagsüber und beim Abkühlen nachts lange beobachten, können Sie feststellen, dass sich einige Elemente der Oberfläche schnell erwärmen und abkühlen, andere sich lange aufheizen und lange abkühlen. Diese Beobachtungen werden als thermische Trägheitsstudien bezeichnet. Sie ermöglichen es Ihnen, die physikalischen Eigenschaften des Bodens zu bestimmen: Locker gewinnt in der Regel leicht und gibt leicht Wärme ab und dicht - erwärmt sich für eine lange Zeit und hält die Wärme für eine lange Zeit.
Auf der Karte: pink - mit geringer thermischer Trägheit, blau - mit hoch (d. h. kühlt für eine lange Zeit ab).
Eine interessante Beobachtung im thermischen Modus wurde von der sowjetischen Sonde "Phobos-2" gemacht. Während er den Mars im thermischen Modus fotografierte, bemerkte er einen langen Streifen, der sich über den Planeten erstreckt.
In den 90er Jahren äußerte die Presse mystische Spekulationen über einen Flugzeugkondensationspfad in der Marsatmosphäre, aber die Realität erwies sich als interessanter, wenn auch prosaischer. Die Wärmebildkamera "Phobos-2" konnte einen Streifen gekühlten Bodens aufnehmen, der sich hinter dem vorbeiziehenden Schatten des Mars-Satelliten Phobos erstreckt.
Es gibt auch Fehler. Während der Erkundung des Gale Crater vom Mars Odyssey-Satelliten aus identifizierten die Wissenschaftler beispielsweise ein Gebiet mit hoher thermischer Trägheit in der Nähe des gelandeten Curiosity Rovers. Dort erwarteten sie dichtes Gestein, fanden aber Tongesteine mit einem relativ hohen Wassergehalt - bis zu 6%. Es stellte sich heraus, dass der Grund für die hohe thermische Trägheit Wasser und nicht Stein war.
Ultraviolettaufnahmen
Mit Hilfe von ultravioletter Strahlung untersuchen sie die Gaskomponente des Sonnensystems und das gesamte Universum. Das Ultraviolett-Spektrometer befindet sich am Hubble-Teleskop. Mit seiner Hilfe konnte die Wasserverteilung in der Jupiter-Atmosphäre bestimmt oder Emissionen aus dem subglazialen Ozean seines Satelliten Europa erfasst werden.
Fast alle Planetenatmosphären wurden im ultravioletten Licht untersucht, auch solche, die praktisch nicht vorhanden sind. Das leistungsstarke Ultraviolett-Spektrometer der MAVEN-Sonde ermöglichte es, den den Mars umgebenden Wasserstoff und Sauerstoff in beträchtlicher Entfernung von der Oberfläche zu sehen. Jene. um zu sehen, wie die Verdunstung von Gasen aus der Marsatmosphäre auch jetzt noch andauert und je leichter das Gas ist, desto intensiver geschieht dies.
Wasserstoff und Sauerstoff in der Marsatmosphäre werden durch photochemische Dissoziation (Trennung) von Wassermolekülen in Komponenten unter dem Einfluss von Sonnenstrahlung erhalten, und Wasser auf dem Mars verdunstet aus dem Boden. Jene. MAVEN ermöglichte es, die Frage zu beantworten, warum der Mars jetzt trocken ist, obwohl es einst einen Ozean, Seen und Flüsse gab.
Die Mariner-10-Sonde im ultravioletten Licht konnte die Details der Venuswolken enthüllen, die V-förmige Struktur turbulenter Strömungen erkennen und die Windgeschwindigkeit bestimmen.
Eine differenziertere Art, die Atmosphäre zu studieren, ist das Licht. Dazu wird das untersuchte Objekt zwischen der Lichtquelle und dem Spektrometer des Raumfahrzeugs platziert. So können Sie die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen, indem Sie den Unterschied im Spektrum der Lichtquelle vor und nach der Abdeckung durch die Atmosphäre bewerten.
Somit ist es möglich, nicht nur den Gehalt an Gasen in der Atmosphäre zu bestimmen, sondern auch die ungefähre Zusammensetzung des Staubes, wenn er auch einen Teil des Lichts absorbiert.
Es ist anzumerken, dass Russland in Bezug auf die spektroskopische interplanetare Forschung nicht das letzte ist. Unter Beteiligung des Weltraumforschungsinstituts der Russischen Akademie der Wissenschaften wurde das europäische Infrarotspektrometer OMEGA für Mars Express entwickelt. am selben Apparat ist das Ergebnis einer gemeinsamen Arbeit russischer, belgischer und französischer Wissenschaftler - Infrarot- und Ultraviolett-Spektrometer SPICAM; Gemeinsam mit den Italienern entwickelten Spezialisten des IKI RAS das PFS-Gerät. Ein ähnlicher Instrumentensatz wurde auf dem Venus Express installiert, der seine Mission Ende 2014 abgeschlossen hat.
Wie Sie sehen können, liefert uns das Licht eine beträchtliche Menge an Informationen über das Sonnensystem. Sie müssen nur schauen und sehen können, aber es gibt bereits andere Mittel, die mit der Kern- und Radiophysik verbunden sind. Und dies ist ein Thema für die nächste Überprüfung.
