Der gesamte interstellare und interplanetare Raum ist mit kosmischer Strahlung gefüllt. Dies ist das Ergebnis von Strahlung von Sternen, Akkretionsscheiben von Schwarzen Löchern, Neutronensternen und Pulsaren, Supernova-Explosionen … Fast jede Katastrophe im Universum ist die Ursache für Strahlungsemissionen. Strahlung ist ein Problem für Astronauten und Elektronik, aber für Wissenschaftler ist es ein Geschenk, viele Details über den Weltraum zu lernen. Wir setzen unsere Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente zur Untersuchung des Sonnensystems fort.
Zuvor haben wir gelernt, wie Planeten mit optischen Mitteln untersucht werden.
Gammaspektroskopie
Der Gammabereich ist im Prinzip auch optisch, da Gammastrahlen sind hochenergetische Photonen. Die Gammaspektroskopie in der Planetenforschung untersucht jedoch nicht jene Strahlen, die von Sternen und Schwarzen Löchern emittiert werden, sondern jene, die Planeten und andere nicht atmosphärische oder schwach atmosphärische kosmische Körper beleuchten.
Planeten und Asteroiden beginnen im Gamma zu emittieren, wenn sie mit massereicheren Teilchen bombardiert werden: hochenergetischen Protonen, Alpha-Beta-Strahlen und Neutronen. Die geladenen Teilchen treffen auf den Oberflächenboden und beginnen im Farbumfang zu emittieren. Und was typisch ist, jedes chemische Element emittiert in seinem eigenen Bereich. Das heißt, wir müssen nur ein Gammaspektrometer über die Oberfläche halten, um zu verstehen, woraus es besteht. Wir werden also nur die chemische Zusammensetzung verstehen, nicht die geologische, aber wenn wir sie durch Informationen ergänzen, beispielsweise von Infrarotspektrometern und von Kameras im sichtbaren Bereich, können wir ein visuelleres Bild erhalten.
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Mithilfe der Gammaspektrometrie lernten die Wissenschaftler die relativ hohen Konzentrationen von Thorium-, Eisen- und Titanerzen auf dem Mond kennen.
Mit Hilfe eines solchen Geräts auf Mars Odyssey konnten zwei Regionen auf dem Mars mit ungewöhnlich hohen Gehalten an Thorium und wahrscheinlich Uranerzen gefunden werden. Es ist durchaus möglich, dass dort einst Prozesse wie in Afrika mit der Bildung eines natürlichen Kernreaktors stattfanden. Zwar sprechen andere auf der Grundlage derselben Daten von einem thermonuklearen Krieg … Auf die eine oder andere Weise ist dies eine ermutigende Entdeckung, da dies bedeutet, dass die Kernkraftwerke zukünftiger Mars-Siedler an lokalen Rohstoffen arbeiten können.
Neutronendetektoren
Kosmische Neutronen werden im Gegensatz zu Alpha- und Betateilchen nicht vollständig vom Boden absorbiert. Einige der Neutronen werden von der Oberfläche steiniger Körper reflektiert, während sie etwa einen halben Meter in den Boden sinken. Die von der Oberfläche zurückkehrenden Neutronen bewegen sich in der Regel bereits viel langsamer, ihre Geschwindigkeit und Energie hängen davon ab, was sie im Boden durchgemacht haben. Genauer gesagt wird mit ihrer Hilfe nur ein Parameter gemessen - der Wasserstoffgehalt.
Wasserstoff verlangsamt aufgrund der Leichtigkeit von Atomen Neutronen bei elastischen Kollisionen effektiv, und diese Effizienz hängt direkt von seiner Konzentration ab. Gleichzeitig verbleibt in freier Form kein Wasserstoff im Boden, insbesondere wenn der atmosphärische Druck gegen Null geht. Um Wasserstoff im Boden zu speichern, muss er auf chemischer Ebene gebunden werden, und Wasser bleibt das beste Mittel. Wenn man also über die Oberfläche fliegt und Daten über die Geschwindigkeiten der "abnehmenden" Neutronen sammelt, kann man den ungefähren Wassergehalt im Boden bestimmen. Je niedriger wir fliegen, desto genauer sind natürlich die Daten. Satelliten geben immer noch einen Fehler von plus oder minus hundert Kilometern.
Mit Hilfe der russischen LEND- und HEND-Instrumente wurden Daten zur Verteilung von Wasserstoff / Wasser in den oberflächennahen Böden von Mond und Mars erhalten.
Und wenn die Marsdaten bereits zweimal bestätigt wurden, warten die Monddaten immer noch auf ihre Überprüfung. Auf dem Mars landete der Phoenix-Lander in der zirkumpolaren Region, und wo HEND bis zu 70% des Wassers im Boden versprach, wurde eine Schicht Wassereis direkt unter dem Staub gefunden. Und im Gale-Krater, in dem der Curiosity Rover arbeitet, versprach HEND 5%, der Wassergehalt im Boden liegt zwischen 3% und 5% und stößt nur selten auf sechs Prozent "Oasen".
Nach einem solchen Erfolg von HEND saß sein Bruder DAN direkt auf dem Rover und sammelt nun Daten nicht aus einer Höhe von 300 km wie sein Vorgänger, sondern aus 0,5 m Höhe. Die Sondiertiefe überschreitet zwar immer noch nicht 1 Meter, aber die räumliche Auflösung hat zugenommen von zehn Kilometern bis Zentimetern.
Trotz des Erfolgs von Neutronendetektoren besteht jedoch kein endgültiges Vertrauen in sie. Die Gletscher auf dem Mond warten immer noch auf ihren Entdecker, und Raumfahrtagenturen sowie private Unternehmen widmen den Polen des Mondes immer mehr Aufmerksamkeit. Obwohl die Feuchtigkeitskonzentration dort laut Satelliten nicht mehr als 4% beträgt.
Radargeräte
Das Ertönen der Planeten in der Funkreichweite begann von der Erde aus. Viele Informationen lieferte das Arecibo-Radioteleskop mit einem Durchmesser von 300 Metern. Zum Beispiel entdeckte er in den 80er Jahren an den Polen des heißen Quecksilbers eine seltsame Reflexion, die Wassereis geben könnte. Wissenschaftler konnten lange Zeit nicht glauben, dass Gletscher auf dem Planeten existieren könnten, der der Sonne am nächsten liegt. Ich musste auf die Ergebnisse der Messenger-Sonde warten, die mithilfe eines Neutronendetektors und einer Laserentfernung das Vorhandensein von Eis bestätigen konnte.
Arecibo zeigte während des Supermons 2013 beeindruckende Bilder. Auf dem Mond kann er mit seiner Hilfe die Folgen katastrophaler Lavaströme und "Überschwemmungen" sehen.
Wenn diese Bilder mit Karten der Verteilung von Mineralien kombiniert werden, die von Orbitalspektrometern erhalten wurden, ist es möglich, eine detaillierte geologische Karte des Gebiets zu erstellen und die Entwicklung der Oberfläche zu rekonstruieren. Obwohl es seltsam ist, dass bisher kein Satellit mit einem starken Radar zum Mond geschickt wurde.
Aber drei Radarsatelliten flogen zur Venus. Es gibt keine andere Möglichkeit, die Oberfläche von der Umlaufbahn dieses Planeten aus zu untersuchen. Venera-15 und -16 kartierten in den 1980er Jahren den Nordpol, und in den 1990er Jahren erstellte Magellan eine vollständige Karte.
Jetzt ist Cassini mit einem ähnlichen Geschäft in der Umlaufbahn des Saturn beschäftigt. Hier wird Radar verwendet, um die dichte Atmosphäre des Titanen zu durchdringen. Während zahlreicher Flüge öffnet die Raumstation allmählich den ewigen Schleier und offenbart der Wissenschaft diese wirklich erstaunliche Welt, die der irdischen in gewisser Weise unglaublich ähnlich ist, in einigen jedoch auffallend anders.
Mehrere Radaruntersuchungen ermöglichen nicht nur die Kartierung, sondern auch die Beobachtung dynamischer Prozesse. So wurde die auf mysteriöse Weise erscheinende und dann verschwundene Insel als Zeichen anhaltender saisonaler Veränderungen angesehen. Vielleicht war es ein eisiger Eisberg, der in ein Methanmeer stürzte.
Andere Wellenlängen und andere Radardesigns ermöglichen es Ihnen, tiefer zu gehen. In der Umlaufbahn des Mars gibt es zwei Raumschiffe, die mit "Echoloten" ausgestattet sind, die 1-3 Kilometer in die Erdkruste eindringen.
Die Untersuchung des europäischen Raumfahrzeugs Mars Express ermöglichte es, Informationen über die Leistung und Struktur von Polareis zu erhalten, Kohlendioxideis von Wassereis zu unterscheiden und Wasserreserven abzuschätzen.
Seine Untersuchung ergab auch alte Asteroidenkrater, die von Hunderten von Metern vulkanischer Lava und Sedimentansammlungen des Marsozeans auf der Nordhalbkugel des Planeten begraben sind. Wissenschaftler haben wiederholt den offensichtlichen Unterschied in der Anzahl der Meteoritenkrater in der südlichen und nördlichen Hemisphäre des Mars festgestellt, und Mars Express hat das Rätsel gelöst. Wenn noch jemand Hoffnungen auf die Marsmenschen hatte, die vor Vakuum, Dürre und Frost im submarianischen Zion begraben waren, dann habe ich schlechte Nachrichten für sie …
Das Raumschiff New Horizons verfügt auch über Instrumente für die Radarforschung, aber die Antennengröße ist vielen interplanetaren Kollegen unterlegen, sodass sich die Forschung darauf konzentrieren wird, die Atmosphäre zu finden und zu untersuchen.
Ich freue mich auf die Ergebnisse der Radarabtastung des Kometenkerns 67P / Churyumov-Gerasimenko, die das Raumschiff Rosetta und Philae für ein Paar durchgeführt hat.
Das Radar wurde sogar zum Mond gebracht. Der chinesische "Jade Hare" schaffte es nur hundert Meter zu laufen, aber selbst darauf gelang es ihm, die interessantesten Profile der Mondoberfläche bis zu einer Tiefe von etwa vierhundert Metern zu erhalten. In Zukunft werden solche Informationen für den Bau einer Mondstation, Basis oder Siedlung von entscheidender Bedeutung sein.
Alpha-Protonenspektroskopie
Wenn es darum geht, Weltraumkörper mit dem Lander zu untersuchen, ist es fast unmöglich, auf Momente der Alpha-Protonen-Röntgenfluoreszenzspektroskopie zu verzichten.
Auf allen Marsrovern der NASA wurden Geräte vom Typ APXS (Alpha-Partikel-Röntgenspektrometer) installiert. APXS ist auf dem Philae-Lander im Kern des Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko verfügbar. Es gab ein ähnliches Gerät (RIFMA) bei den sowjetischen Mondrovern.
Das Funktionsprinzip des Verfahrens ähnelt der Gammaspektroskopie, außer dass der Sensor über eine eigene Quelle geladener Teilchen (eine Art radioaktives Isotop) verfügt, hauptsächlich Alphastrahlen. Die untersuchte Probe wird mit Strahlung bestrahlt und beginnt im Röntgenbereich zu leuchten.
Darüber hinaus leuchtet jedes chemische Element auf seine Weise, wodurch Spektren der Elementzusammensetzung erhalten werden können.
Dies ist alles andere als ein vollständiger Überblick über Geräte zur Erforschung des Sonnensystems. In der Regel werden astrophysikalische Instrumente auch in interplanetaren Fahrzeugen installiert, um energetische Partikel, interplanetare Strahlung, Plasma und Staub zu registrieren. Mit interplanetaren Flügen können Sie auch den Weltraum, die Beziehung zwischen Sonne, Planeten und dem interstellaren Medium untersuchen, aber das ist eine andere Geschichte.
