Mitä tarvitaan toisen planeetan, asteroidin tai komeetan yksityiskohtaiseen tutkimukseen?
Käynnistä ensin avaruusalus lähempänä. Varusta tämä anturi instrumenteilla, jotta ne kertovat mahdollisimman paljon tutkitusta aiheesta tilavuus- ja massarajoitusten perusteella. Tänään näemme kuinka ihminen tutkii aurinkokuntaa optisilla keinoilla.
Monet kosmiset elimet pyörivät auringon ympärillä, jotka ovat hyvin erilaisia toisistaan. Kaasujättiläillä ei ole kiinteää pintaa, ja kallioisilla planeetoilla on ilmatilat, joiden tiheys on erilainen, vähäpätöisestä superdenssiin. Asteroidit ovat kiviä ja siellä on rautaa, ja komeetat muuttavat aktiivisuuttaan suuresti riippuen etäisyydestä aurinkoon.
On selvää, että eri ominaisuuksilla varustettujen kohteiden tutkimiseen tarvitaan erilaisia instrumentteja. Samaan aikaan tutkijoilla on jo kertynyt huomattava kokemus monentyyppisten tutkimusmenetelmien soveltamisesta. He pystyivät ymmärtämään, mikä antaa hyödyllisen tiedon enimmäismäärälle minimimassalla. Nyt voimme tarkastella tällaista "herrasmiesjoukko" robotti avaruusmatkailijaa.
Kuvaaminen näkyvällä alueella
Silmät ovat edelleen tärkein tutkimusinstrumentti, minkä vuoksi maapallon tähtitieteilijät sijoittavat miljardeja jättiläisille kaukoputkille ja avaruuteen luodaan erityisiä kameroita. He yrittävät saada tieteellisen kammion kaksinkertaiseksi, ts. käynnistä kaksi kameraa: yksi laajakulma, toinen pitkä tarkennus. Laajakulma antaa sinun kaapata suuria alueita silmillä, mutta kaikki siinä olevat esineet ovat pieniä. Pitkäkestoinen ase on "pitkän kantaman ase", jonka avulla voit tarkastella hienoja yksityiskohtia huomattavasta etäisyydestä.
Mainosvideo:
Tämä periaate pätee sekä avaruudessa että planeettojen pinnalla. Joten, Curiosity-roverissa on laajakulmainen värilinssi 34 mm ja pitkän tarkennuksen linssi - 100 mm.
Orbitaalimoduuleilla pitkän ja leveän välinen suhde on yleensä paljon merkittävämpi. Pitkäkestoisen linssin sijasta on asennettu täysimittainen peiliteleskooppi.
Suurin maapallon kiertoradan ulkopuolella oleva peiliteleskooppi työskentelee nyt kiertoradalla Marsissa, MRO-satelliitti - halkaisija 50 cm. HiRise-kamera kuvaa 250–300 km: n korkeuksia ilmiömäisellä yksityiskohdalla jopa 26 cm: iin.
Tämän avulla tutkijat voivat tutkia Marsia ja seurata roversien liikettä, ja meidän kaltaiset harrastajat tekevät Marsin arkeologiaa.
Tieteellisten kameroiden lisäksi avaruusalukset on usein varustettu navigointikameroilla. Niiden avulla operaattorit voivat paremmin orientoitua "maahan" ja valita kohteet tieteellisille kameroille. Navigointikamerat voivat kattaa jopa laajemmat katselukulmat, ja ne voidaan myös luoda kaksinkertaisena, mutta lisää luotettavuutta tai stereokuvausta varten.
Ero tieteellisten ja navigointikameroiden välillä ei ole vain katselukulman leveydessä. Tieteelliset kamerat on myös varustettu vaihdettavilla värisuodattimilla, joiden avulla voit analysoida joitain tutkittavien kohteiden pinnan spektriominaisuuksia. Suodattimet sijaitsevat yleensä erikoispyörässä, jonka avulla voit muuttaa niitä kameran optisella akselilla.
Oletuksena tieteelliset kamerat kuvaavat pankromaattisella alueella - mustavalkoisessa tilassa, jossa valokuvamatriisi vastaanottaa kaiken näkyvän valon ja jopa hieman näkymätöntä - lähellä infrapunaa. Tällainen kuvaaminen antaa sinulle parhaan mahdollisen tarkkuuden ja hienoimmat yksityiskohdat, minkä vuoksi suurin osa avaruudessa olevista kuvista on mustavalkoisia. Vaikka jonkun mielestä tähän liittyy jonkinlainen salaliitto.
Pankromaattisessa (mustavalkoinen) tilassa yksityiskohta on suurempi.
Värikuvat voidaan saada kuvaamalla toistuvasti vuorottelevilla värisuodattimilla yhdistämällä kuvia. Yksi värisuodattimella otettu kehys on myös mustavalkoinen, joten kuvat on yhdistettävä kolme kerrallaan. Ja se ei ole ollenkaan välttämätöntä, kuvan väri on se, mitä silmämme näkevät. Ihmisen näkökyvyn kannalta maailma koostuu punaisen, vihreän ja sinisen yhdistelmistä. Ja kuvan "todellinen" väri saadaan punaisella, vihreällä ja sinisellä suodattimella.
Utelias on pintaheijastavuuden ero eri alueilla.
Mutta jos kehykset tehdään esimerkiksi sinisen, punaisen ja infrapunasuodattimen kautta, kuvan väri osoittautuu "vääriksi", vaikka sen vastaanottamisen fyysiset periaatteet ovat täsmälleen samat kuin todelliset.
Julkaistaessa värikuvia virallisilla verkkosivustoilla, he allekirjoittavat, mitä värisuodattimia kuvassa käytetään. Mutta nämä valokuvat ilmestyvät tiedotusvälineissä ilman mitään selitystä. Siksi kaikenlaisia spekulaatioita Marsin tai jopa Kuun piilotetusta väristä kiertää edelleen Internetissä.
Tavallisissa maanpäällisissä kameroissa kuvausta moniväristen suodattimien kautta käytetään samalla tavalla, vain ne liimataan valokuvamatriisin (Bayer-suodatin) elementteihin, ja automaatio, ei tiedemiehet, harjoittaa värien vähentämistä. Curiosity-rover on jo asentanut Bayer-suodattimet, vaikka erillinen suodatinpyörä on säilytetty.
Infrapuna-ammunta
Silmämme eivät näe infrapunavaloa, ja iho havaitsee sen kuumuudeksi, vaikka infrapuna-alue on vähintään näkyvä valo. Silmästä piilotetut tiedot voidaan saada infrapunakameroilla. Jopa tavallisimmat valokuva-anturit näkevät lähellä infrapunavaloa (kokeile esimerkiksi ampua television kaukosäätimen valoa älypuhelimella). Infrapunavalon keskialueen rekisteröimiseksi erilliset kamerat, joissa on erityyppiset anturit, sijoitetaan avaruustekniikkaan. Ja kaukainen infrapuna vaatii jo anturien jäähdyttämisen syvään miinukseen.
Infrapunavalon suuremman tunkeutumisvoiman ansiosta on mahdollista katsoa syvemmälle syvään avaruuteen kaasu- ja pölytiivisteiden läpi sekä planeettojen ja muiden kiinteiden aineiden maaperään.
Joten tutkijat Venus Express havaitsivat pilvien liikkumista keskimääräisellä korkeudella Venuksen ilmakehässä.
New Horizons rekisteröi tulivuoren lämpöherkkyyden Jupiterin kuulla Io.
Petoksen mooditutkimusta käytettiin Spirit and Opportunity -reiteillä.
Mars Expressin näkymä Marsin napoihin osoitti eroa hiilidioksidin ja vesijään jakautumisessa jääkorkkien pinnalle (vaaleanpunainen - hiilidioksidi, sininen - vesijää).
Maksimaalisen tiedon saamiseksi infrapunakamerat on varustettu suurella suodatinsarjalla tai täysimittaisella spektrometrillä, jonka avulla voit hajottaa kaiken pinnalta heijastuvan valon spektriksi. Esimerkiksi New Horizonsissa on infrapuna-anturi, jonka 656 tuhatta pikselielementtiä on järjestetty 256 riville. Jokainen rivi “näkee” vain säteilyä kapealla alueellaan ja anturi toimii skanneritilassa, ts. kamera hänen kanssaan ohjataan tutkittavan kohteen päälle.
Kuten jo mainittiin, infrapunavalo on lämpöä, joten ampuminen tällä alueella tarjoaa uuden mahdollisuuden tutkia kiinteitä kappaleita avaruudessa. Jos tarkkailet pintaa pitkään päiväaikana lämmittäessä auringonsäteitä ja jäähtymässä yöllä, voit nähdä, että jotkut pinnan elementit kuumenevat ja jäähtyvät nopeasti, ja joidenkin lämpeneminen ja jäähtyminen vie pitkään. Näitä havaintoja kutsutaan lämpöhitauden tutkimuksiksi. Niiden avulla voit määrittää maaperän fysikaaliset ominaisuudet: löysä yleensä kerää helposti ja erottaa helposti lämpöä, ja tiheä - kuumenee pitkään ja pitää lämpöä pitkään.
Kartalla: vaaleanpunainen - alhaisella lämpöhitaalla, sinisellä - korkealla (ts. jäähtyy pitkään).
Neuvostoliiton koetin "Phobos-2" teki mielenkiintoisen havainnon termisessä tilassa. Valokuvaaessaan Marsia lämpötilassa hän huomasi pitkän nauhan, joka ulottuu planeetan poikki.
90-luvulla lehdistö esitti mystisiä spekulointeja lentokoneen tiivistymispolusta Marsin ilmakehässä, mutta todellisuus osoittautui mielenkiintoisemmaksi, tosin proosaisemmaksi. Lämpökamera "Phobos-2" pystyi nauhoittamaan jäähdytetyn maaperän nauhan, joka ulottuu Marsin - Phobosin satelliitin ohimennen varjon taakse.
On myös virheitä. Tutkiessaan esimerkiksi Gale-kraatteria Mars Odyssey -satelliitista, tutkijat tunnistivat alueen, jolla on suuri lämpöhitaus, lähellä laskeutun Curiosity-roveria. Siellä he odottivat löytävänsä tiheän kivin, mutta löysivät savikiviä, joiden vesipitoisuus oli suhteellisen korkea - jopa 6%. Kävi ilmi, että syy korkeaan lämpöhitauteen oli vesi, ei kivi.
Ultravioletti ammunta
He tutkivat ultraviolettisäteilyn avulla aurinkokunnan kaasukomponenttia ja koko maailmankaikkeutta. Ultraviolettipektrometri sijaitsee Hubble-kaukoputkessa, ja sen avulla oli mahdollista määrittää veden jakautuminen Jupiterin ilmakehässä tai havaita päästöjä satelliittinsa Europa alla olevasta jäämerestä.
Lähes kaikkia planeettaympäristöjä tutkittiin ultraviolettivalossa, jopa niitä, jotka käytännössä puuttuvat. MAVEN-koettimen voimakas ultraviolettipektrometri mahdollisti Marsin ympäröivän vedyn ja hapen näkemisen huomattavan etäisyyden päässä pinnasta. Nuo. nähdäksemme, kuinka jopa nyt kaasujen haihtuminen Marsin ilmakehästä jatkuu, ja mitä kevyempi kaasu, sitä voimakkaammin tämä tapahtuu.
Vetyä ja happea Marsin ilmakehässä saadaan vesimolekyylien fotokemiallisella dissosioinnilla (erottamisella) ainesosiksi auringonsäteilyn vaikutuksen alaisena, ja Marsin vesi haihtuu maaperästä. Nuo. MAVEN antoi mahdolliseksi vastata kysymykseen, miksi Mars on nyt kuiva, vaikka siellä oli aikoinaan valtameri, järvet ja joet.
Mariner-10-anturi ultraviolettivalossa pystyi paljastamaan Venusian pilvien yksityiskohdat, näkemään pyörteiden virtausten V-muotoisen rakenteen ja määrittämään tuulen nopeuden.
Hienostunut tapa tutkia ilmapiiriä on valon avulla. Tätä varten tutkittava kohde sijoitetaan avaruusaluksen valonlähteen ja spektrometrin väliin. Siten voit määrittää ilmakehän koostumuksen arvioimalla valonlähteen spektrin erot ennen ja jälkeen sen, kun ilmapiiri peittää sen.
Siten on mahdollista määritellä paitsi ilmakehän kaasupitoisuuksien lisäksi myös pölyn likimääräinen koostumus, jos se myös imee osan valosta.
On huomattava, että spektroskooppisen planeettojen välisen tutkimuksen kannalta Venäjä ei ole viimeinen. Venäjän tiedeakatemian avaruustutkimuslaitoksen mukana ollessa luotiin Mars Expressille eurooppalainen infrapunaspektrometri OMEGA; samassa laitteessa on tulosta venäläisistä, belgialaisista ja ranskalaisista tutkijoista - infrapuna- ja ultraviolettipektrometri SPICAM; IKI RAS: n asiantuntijat kehittivät yhdessä italialaisten kanssa PFS-laitteen. Samanlainen instrumenttisarja asennettiin Venus Expressiin, joka suoritti tehtävänsä vuoden 2014 lopussa.
Kuten voitte nähdä, valo tarjoaa meille huomattavan määrän tietoa aurinkokunnasta, sinun on vain pystyttävä katsomaan ja näkemään, mutta ydin- ja radiofysiikkaan liittyy jo muita keinoja. Ja tämä on aihe seuraavalle katsaukselle.