Kas nepieciešams citas planētas, asteroīda vai komētas detalizētam pētījumam?
Vispirms palaidiet kosmosa kuģi tuvāk. Un aprīkojiet šo zondi ar instrumentiem, lai tie pēc iespējas vairāk pastāstītu par izpētes priekšmetu, pamatojoties uz apjoma un masas ierobežojumiem. Šodien mēs redzēsim, kā cilvēks pēta Saules sistēmu, izmantojot optiskos līdzekļus.
Ap Sauli griežas daudzi kosmiskie ķermeņi, kas ļoti atšķiras viens no otra. Gāzes milžiem nav cietas virsmas, un akmeņainajām planētām ir dažāda blīvuma atmosfēras, sākot no nenozīmīgas līdz superdensētai. Asteroīdi ir akmens, un tur ir dzelzs, un komētas ievērojami maina savu darbību atkarībā no attāluma līdz Saulei.
Ir skaidrs, ka objektu ar atšķirīgām īpašībām izpētei būs nepieciešami dažādi instrumenti. Tajā pašā laikā zinātnieki jau ir uzkrājuši ievērojamu pieredzi daudzu veidu pētījumu metožu piemērošanā, viņi varēja saprast, kas dod maksimāli daudz noderīgas informācijas ar minimālu masu. Tagad mēs varam aplūkot šādu robotu kosmosa pētnieka "džentlmeņu komplektu".
Fotografēšana redzamā diapazonā
Acis joprojām ir mūsu galvenais pētniecības instruments, tāpēc astronomi uz Zemes iegulda miljardus milzu teleskopos, un kosmosam tiek veidotas īpašas kameras. Viņi mēģina panākt, lai zinātniskā kamera būtu divkārša, t.i. palaidiet divas kameras: vienu platleņķa, otro - ar lielu fokusu. Platleņķis ļaus ar acīm uztvert lielus laukumus, bet visi tajā esošie objekti būs mazi. Tālais fokālais ir "liela attāluma ierocis", kas ļauj no liela attāluma aplūkot smalkas detaļas.
Reklāmas video:
Šis princips ir spēkā gan kosmosā, gan uz planētu virsmas. Tātad, Curiosity rover ir platleņķa krāsu objektīvs 34 mm, bet liela fokusa objektīvs - 100 mm.
Orbitālajiem moduļiem attiecība starp garo un plato parasti ir daudz nozīmīgāka. Ilga fokusa objektīva vietā ir uzstādīts pilnvērtīgs spoguļa teleskops.
Lielākais spoguļ teleskops ārpus Zemes orbītas tagad darbojas orbītā uz Marsa ar MRO satelītu - 50 cm diametrā. HiRise kamera uztver 250-300 km augstumu fenomenālā detalizācijā līdz 26 cm.
Tas ļauj zinātniekiem izpētīt Marsu un izsekot roveru kustībai, un tādi entuziasti kā mēs veic Marsa arheoloģiju.
Papildus zinātniskām kamerām kosmosa kuģi bieži ir aprīkoti ar navigācijas kamerām. Tie ļauj operatoriem labāk orientēties "uz zemes" un izvēlēties mērķus zinātniskām kamerām. Navigācijas kameras var aptvert vēl plašākus skata leņķus, un tās var izveidot arī dubultā, taču, lai palielinātu uzticamību vai stereofotogrāfiju.
Atšķirība starp zinātniskajām un navigācijas kamerām ir ne tikai skata leņķa platumā. Zinātniskās kameras ir arī aprīkotas ar nomaināmiem krāsu filtriem, kas ļauj analizēt dažus pētāmo objektu virsmas spektrālos parametrus. Filtri parasti atrodas speciālā ritenī, kas ļauj tos mainīt uz kameras optisko asi.
Pēc noklusējuma zinātniskās kameras fotografē panromatiskā diapazonā - melnbaltajā režīmā, kurā fotomatrica uztver visu redzamo gaismu un pat nedaudz neredzamu - tuvu infrasarkanajam. Šis fotografēšanas veids ļauj iegūt augstāko izšķirtspēju un redzēt vissīkākās detaļas, tāpēc lielākā daļa attēlu no kosmosa ir melnbalti. Lai gan kāds domā, ka ar to ir saistīta kaut kāda sazvērestība.
Panhromatiskajā (melnbaltajā) režīmā detaļa ir augstāka.
Krāsu attēlus var iegūt, atkārtoti fotografējot ar mainīgiem krāsu filtriem, apvienojot attēlus. Viens kadrs, kas uzņemts ar vienas krāsas filtru, būs arī melnbalts, tāpēc attēli jāapvieno trīs vienlaicīgi. Un tas nemaz nav vajadzīgs, iegūtā attēla krāsa būs tāda, kādu to redzētu mūsu acis. Cilvēka redzei pasaule sastāv no sarkanās, zaļās un zilās krāsas kombinācijām. Un attēla "īsto" krāsu var iegūt, izmantojot sarkanos, zaļos un zilos filtrus.
Ziņkārīgs ir virsmas atstarojuma atšķirība dažādos diapazonos.
Bet, ja rāmji tiek izgatavoti caur, piemēram, ziliem, sarkaniem un infrasarkaniem filtriem, tad attēla krāsa izrādīsies "nepatiesa", lai gan tā saņemšanas fizikālie principi ir tieši tādi paši kā reālajiem.
Publicējot krāsu attēlus oficiālajās vietnēs, viņi paraksta, kuri krāsu filtri tiek izmantoti attēlā. Bet šie fotoattēli parādās plašsaziņas līdzekļos bez jebkāda paskaidrojuma. Tāpēc internetā joprojām cirkulē visādas spekulācijas par Marsa vai pat Mēness slēpto krāsu.
Parastajās zemes kamerās fotografēšana caur daudzkrāsainiem filtriem tiek izmantota vienādi, tikai tie tiek pielīmēti pie foto matricas elementiem (Bayer filtrs) un krāsu samazināšanu nodarbojas automātika, nevis zinātnieki. Ceļotājs Curiosity jau ir uzstādījis Bayer filtrus, kaut arī ir saglabāts atsevišķs filtru ritenis.
Infrasarkano staru fotografēšana
Mūsu acis neredz infrasarkano gaismu, un āda to uztver kā siltumu, kaut arī infrasarkanais diapazons nav mazāks par redzamo gaismu. Informāciju, kas slēpta no acs, var iegūt ar infrasarkano staru kamerām. Pat visparastākie foto sensori var redzēt tuvās infrasarkanās gaismas (mēģiniet, piemēram, nofotografēt televizora tālvadības pults gaismu ar viedtālruni). Lai reģistrētu vidējo infrasarkanās gaismas diapazonu, kosmosa tehnoloģijai tiek novietotas atsevišķas kameras ar cita veida sensoriem. Un tālu infrasarkano staru dēļ sensori ir jāatdzesē līdz dziļam mīnusam.
Sakarā ar lielāku infrasarkanās gaismas iespiešanās spēku ir iespējams dziļāk ieskatīties dziļā telpā, caur gāzes un putekļu miglājiem, kā arī planētu un citu cietu vielu augsnē.
Tātad zinātnieki Venus Express novēroja mākoņu kustību vidējā augstumā Venēras atmosfērā.
New Horizons reģistrēja termālo mirdzumu no vulkāniem uz Jupitera mēness Io.
Apsekojums par plēsoņu režīmu tika izmantots garu un iespēju braucējiem.
Mars Express skats uz Marsa poliem parādīja atšķirību oglekļa dioksīda un ūdens ledus sadalījumā pa ledus vāciņu virsmu (rožains - oglekļa dioksīds, zils - ūdens ledus).
Lai iegūtu maksimālu informāciju, infrasarkanās kameras ir aprīkotas ar lielu filtru komplektu vai pilnvērtīgu spektrometru, kas ļauj sadalīt visu virsmu atstaroto gaismu spektrā. Piemēram, New Horizons ir infrasarkanais sensors ar 65,5 tūkstošiem pikseļu elementu, kas izvietoti 256 rindās. Katra līnija “redz” tikai starojumu savā šaurā diapazonā, un sensors darbojas skenera režīmā, t.i. kamera ar viņu tiek “vadīta” virs pētāmā objekta.
Kā jau minēts, infrasarkanais gaisma ir siltums, tāpēc šaušana šajā diapazonā paver vēl vienu iespēju cieto ķermeņu izpētei kosmosā. Ja ilgstoši novērojat virsmu sildīšanas procesā no saules stariem dienas laikā un atdzesēšanu naktī, jūs varat redzēt, ka daži virsmas elementi ātri sakarst un atdziest, un citi ilgstoši sakarst un ilgstoši atdziest. Šos novērojumus sauc par termiskās inerces pētījumiem. Tās ļauj noteikt augsnes fizikālās īpašības: irdenas, kā likums, viegli iegūst un viegli izdala siltumu, un blīvas - ilgstoši uzkarst un ilgstoši uztur siltumu.
Kartē: rozā - ar zemu termisko inerci, zils - ar augstu (t.i., ilgstoši atdziest).
Interesantu novērojumu termiskajā režīmā veica padomju zonde "Phobos-2". Fotografējot Marsu termiskajā režīmā, viņš pamanīja garu joslu, kas stiepjas pāri planētai.
90. gados prese izteica mistiskas spekulācijas par lidmašīnas kondensācijas taku Marsa atmosfērā, taču realitāte izrādījās interesantāka, kaut arī prozaiskāka. Termokamera "Phobos-2" spēja ierakstīt atdzesētas augsnes joslu, kas stiepjas aiz Marsa pavadoņa - Phobos garām ejošās ēnas.
Ir arī kļūdas. Piemēram, pētot Gale krāteri no Marsa Odisejas satelīta, zinātnieki identificēja teritoriju ar augstu siltuma inerci netālu no piezemētā Curiosity rovera. Tur viņi cerēja atrast blīvu iežu, bet viņi atrada māla iežus ar salīdzinoši augstu ūdens saturu - līdz 6%. Izrādījās, ka augstās termiskās inerces iemesls bija ūdens, nevis akmens.
Šaušana ar ultravioleto starojumu
Viņi ar ultravioletā starojuma palīdzību pēta Saules sistēmas gāzes komponentu un visu Visumu. Ultravioletais spektrometrs atrodas Habla teleskopā, un ar tā palīdzību bija iespējams noteikt ūdens izplatību Jupitera atmosfērā vai noteikt emisijas no tā satelīta Europa subglaciālā okeāna.
Gandrīz visas planētu atmosfēras tika pētītas ultravioletā gaismā, pat tādas, kuru praktiski nav. Spēcīgais zondes MAVEN ultravioletais spektrometrs ļāva redzēt ūdeņradi un skābekli, kas ieskauj Marsu ievērojamā attālumā no virsmas. Tie. lai redzētu, kā pat tagad turpinās gāzu iztvaikošana no Marsa atmosfēras, un, jo vieglāka ir gāze, jo intensīvāk tas notiek.
Ūdeņradi un skābekli Marsa atmosfērā iegūst, ūdens molekulas fotoķīmiski disociējot (atdalot) saules starojuma ietekmē komponentos, un ūdens uz Marsa iztvaiko no augsnes. Tie. MAVEN ļāva atbildēt uz jautājumu, kāpēc Marss tagad ir sauss, kaut arī kādreiz bija okeāns, ezeri un upes.
Zondētājs Mariner-10 ultravioletā gaismā spēja atklāt Venēras mākoņu detaļas, redzēt turbulentu plūsmu V formas struktūru un noteikt vēju ātrumu.
Sarežģītāks atmosfēras izpētes veids ir gaisma. Šim nolūkam pētāmais objekts tiek novietots starp kosmosa kuģa gaismas avotu un spektrometru. Tādējādi jūs varat noteikt atmosfēras sastāvu, novērtējot gaismas avota spektra atšķirības pirms un pēc atmosfēras pārklājuma.
Tādējādi ir iespējams noteikt ne tikai gāzu saturu atmosfērā, bet arī aptuveno putekļu sastāvu, ja tas arī absorbē daļu gaismas.
Jāatzīmē, ka spektroskopisko starpplanētu pētījumu ziņā Krievija nav pēdējā. Piedaloties Krievijas Zinātņu akadēmijas Kosmosa pētījumu institūtam, Mars Express tika izveidots Eiropas infrasarkano staru spektrometrs OMEGA; tas pats aparāts ir Krievijas, Beļģijas un Francijas zinātnieku kopīgā darba rezultāts - infrasarkano un ultravioleto staru spektrometrs SPICAM; Kopā ar itāļiem IKI RAS speciālisti izstrādāja PFS ierīci. Līdzīgs instrumentu komplekts tika uzstādīts Venus Express, kas savu misiju pabeidza 2014. gada beigās.
Kā redzat, gaisma mums sniedz ievērojamu informācijas daudzumu par Saules sistēmu, jums vienkārši jāprot skatīties un redzēt, bet ir arī citi līdzekļi, kas jau saistīti ar kodolu un radiofiziku. Un šī ir nākamā pārskata tēma.