كيفية دراسة الكواكب باستخدام الراديو والإشعاع

يمتلئ الإشعاع الكوني بكامل الفضاء بين النجوم والكواكب. هذا ناتج عن انبعاث النجوم ، وأقراص تراكم الثقوب السوداء ، والنجوم النيوترونية والنجوم النابضة ، وانفجارات السوبرنوفا ... تقريبا أي كارثة في الكون هي سبب انبعاثات الإشعاع. يمثل الإشعاع مشكلة لرواد الفضاء والإلكترونيات ، ولكنه بالنسبة للعلماء هدية تتيح لك معرفة الكثير من التفاصيل حول الفضاء. نواصل استعراضنا للأجهزة العلمية المستخدمة لدراسة النظام الشمسي.

في وقت سابق تعلمنا كيفية دراسة الكواكب بالوسائل البصرية .

مطيافية غاما إن

نطاق غاما ، من حيث المبدأ ، هو أيضًا بصريات ، لأن أشعة جاما هي فوتونات عالية الطاقة. لكن التحليل الطيفي لأشعة جاما في دراسات الكواكب لا يدرس تلك الأشعة المنبعثة من النجوم والثقوب السوداء ، ولكن تلك التي تنبعث منها الكواكب والأجسام الكونية الأخرى التي تكون في الغلاف الجوي أو ضعيفة.



تبدأ الكواكب والكويكبات في الإشعاع في جاما تحت تأثير قصف جزيئات أكثر ضخامة: البروتونات عالية الطاقة وأشعة ألفا بيتا والنيوترونات. تضرب الجسيمات المشحونة التربة السطحية ويبدأ في انبعاثها في جاما. ومن السمات المميزة أن كل عنصر كيميائي ينبعث في نطاقه الخاص. أي أنه يكفي لنا أن نحمل مطياف غاما فوق السطح لفهم ما يتكون منه. لذا فنحن نفهم فقط التركيب الكيميائي ، وليس التكوين الجيولوجي ، ولكن استكماله بالمعلومات ، على سبيل المثال ، من مطياف الأشعة تحت الحمراء ، ومن كاميرات النطاق المرئي ، يمكننا الحصول على صورة أكثر وضوحًا.



لذلك ، باستخدام مطياف غاما ، علم العلماء بالتركيزات العالية نسبيًا لخامات الثوريوم والحديد والتيتانيوم على القمر.



باستخدام مثل هذه الأداة على كوكب المريخ أوديسي ، تم اكتشاف منطقتين على كوكب المريخ مع محتوى مرتفع بشكل غير طبيعي من الثوريوم ، وربما خامات اليورانيوم. من الممكن أن تكون العمليات قد حدثت ذات مرة في إفريقيا ، بتشكيل مفاعل ذري طبيعي . صحيح أن الآخرين ، على أساس نفس البيانات ، يتحدثون عن حرب نووية حرارية ...



كاشفات النيوترون

النيوترونات الكونية ، على عكس جزيئات ألفا وبيتا ، لا تمتصها التربة بالكامل. تنعكس بعض النيوترونات من سطح الأجسام الحجرية ، في حين أنها تنجح في الانزلاق في الأرض بحوالي نصف متر. بالعودة من السطح ، فإن النيوترونات ، كقاعدة عامة ، تتحرك بالفعل بشكل أبطأ بكثير ، وتعتمد سرعتها وطاقتها على ما مرت به في الأرض. بتعبير أدق ، بمساعدتهم يتم قياس معلمة واحدة فقط - محتوى الهيدروجين.



يعمل الهيدروجين ، بسبب خفة الذرات ، على إبطاء النيوترونات بشكل فعال في التصادمات المرنة ، وتعتمد هذه الكفاءة بشكل مباشر على تركيزه. في هذه الحالة ، في شكل حر ، لن يبقى الهيدروجين في التربة باقية ، خاصة عندما يميل الضغط الجوي إلى الصفر. للحفاظ على الهيدروجين في التربة ، يجب ربطه على المستوى الكيميائي ، ويبقى الماء أفضل أداة. وبالتالي ، من خلال التحليق فوق السطح وجمع البيانات حول سرعات النيوترونات "الإقلاع" ، يمكنك تحديد محتوى الماء التقريبي في التربة. بالطبع ، كلما تحلقنا أقل ، كلما كانت البيانات أكثر دقة. أعطت الأقمار الصناعية حتى الآن خطأ زيادة أو ناقص مائة كيلومتر.

بمساعدة الأدوات الروسية LEND و HEND ، تم الحصول على بيانات حول توزيع الهيدروجين / الماء في التربة السطحية للقمر والمريخ.



وإذا كانت بيانات المريخ قد تم تأكيدها بالفعل مرتين ، فإن القمرية لا تزال تنتظر التحقق منها. على كوكب المريخ ، هبطت وحدة الهبوط في فينيكس في المنطقة القطبية ، وحيث وعدت HEND بما يصل إلى 70 ٪ من الماء في الأرض ، تم العثور على طبقة من جليد الماء تحت الغبار. وفي Gale Crater ، حيث تعمل المركبة Curiosity ، وعد HEND بنسبة 5 ٪ ، في التربة ، يتراوح محتوى الماء من 3 ٪ إلى 5 ٪ ، و 6 ٪ فقط من "الواحات" تصادف أحيانًا.

بعد هذا النجاح ، جلس HEND ، شقيقه DAN "على متن المركب مباشرة ، والآن يجمع البيانات ليس من ارتفاع 300 كم ، مثل سلفه ، ولكن 0.5 متر. صحيح ، لا يزال عمق السبر لا يتجاوز مترًا واحدًا ، ولكن الدقة المكانية زادت من عشرات الكيلومترات إلى السنتيمترات.



ومع ذلك ، على الرغم من نجاح أجهزة الكشف النيوترونية ، لا توجد ثقة نهائية بها. لا تزال الأنهار الجليدية على القمر تنتظر اكتشافها ، وتولي وكالات الفضاء ، وكذلك الشركات الخاصة ، اهتمامًا متزايدًا لأقطاب القمر. على الرغم من وجود تركيز رطوبة هناك ، حسب الأقمار الصناعية ، لا يزيد عن 4 ٪.

رادارات بدأ

سبر الكواكب في المدى الراديوي يجري من الأرض. قدم التلسكوب الراديوي Arecibo معلومات كثيرة بقطر 300 متر. على سبيل المثال ، في الثمانينيات ، اكتشف في أقطاب عطارد الساخن ، وهو انعكاس غريب يمكن أن يعطي جليد الماء. لم يصدق العلماء لفترة طويلة أن الأنهار الجليدية يمكن أن توجد على هذا الكوكب الأقرب إلى الشمس. كان عليّ أن أنتظر نتائج مسبار الماسنجر ، الذي استطاع ، بمساعدة كاشف النيوترونات وموقع الليزر ، تأكيد وجود الجليد.



أظهر أريسيبو لوحات مثيرة للإعجاب خلال القمر الخارق عام 2013. وبفضل مساعدة القمر ، يستطيع تمييز عواقب تدفقات الحمم البركانية و "الفيضانات" الكارثية.



إذا قمت بدمج هذه الصور مع خرائط لتوزيع المعادن التي تم الحصول عليها من مطياف مداري ، يمكنك رسم خريطة جيولوجية تفصيلية للمنطقة ، ومن الممكن إعادة بناء تطور السطح. على الرغم من الغريب أنه حتى الآن لم يتم إرسال القمر الصناعي برادار قوي إلى القمر.

لكن طارت ثلاثة أقمار صناعية رادارية إلى كوكب الزهرة. لا توجد طريقة أخرى لدراسة السطح من مدار هذا الكوكب. رسم "Venus-15 and -16" خريطة القطب الشمالي في الثمانينيات ، ثم في التسعينيات رسم ماجلان خريطة كاملة.



كاسيني الآن في مدار مشابه في مدار زحل. هنا يستخدم الرادار لاختراق الأجواء الكثيفة لتيتان. في سياق العديد من الرحلات الجوية ، تفتح محطة الفضاء تدريجياً الحجاب الأبدي وتفتح للعلوم هذا العالم المدهش حقًا ، من بعض النواحي تشبه بشكل لا يصدق الأرض ، ولكن في شيء مختلف بشكل لافت للنظر.



لا يسمح التصوير بالرادار المتعدد بالتخطيط فحسب ، بل أيضًا لمراقبة العمليات الديناميكية. لذلك ، ظهرت الجزيرة بشكل غامض ثم اختفت واعتبرت علامة على التغيرات الموسمية الجارية. ربما كان جبل جليدي يسقط في بحر الميثان.



تسمح لك أطوال موجية أخرى وتصميم رادار مختلف بالتسلق بشكل أعمق. في الفضاء ، يمتلك المريخ مركبتين فضائيتين مزودتين بـ "مسبار صدى" يخترق قشرة الكوكب لمسافة 1-3 كيلومترات.

جعلت دراسة مركبة الفضاء الأوروبية مارس اكسبريس من الممكن الحصول على معلومات حول قوة وهيكل الجليد القطبي ، لتمييز ثاني أكسيد الكربون من جليد الماء وتقدير احتياطيات المياه.



كشف مسحه عن فوهات الكويكبات القديمة المدفونة بمئات الأمتار من الحمم البركانية والتراكمات الرسوبية للمحيط المريخي في النصف الشمالي من الكرة الأرضية. في السابق ، لاحظ العلماء مرارًا وتكرارًا الاختلاف الواضح في عدد الحفر النيزكية في نصف الكرة الأرضية الجنوبي والشمالي للمريخ ، وسمح Mars Express بحل اللغز. إذا كان لا يزال شخص ما لديه آمال للمريخيين مدفونين في الفراغ والجفاف والصقيع في "صهيون" المريخية ، فلدي أخبار سيئة بالنسبة لهم ...



جهاز New Horizons لديه أيضًا أدوات للبحث الراداري ، لكن أبعاد الهوائي أقل شأنا من العديد من الزملاء بين الكواكب لذلك ستركز الدراسة على إيجاد ودراسة الجو.

أتطلع إلى نتائج انتقال رادار نواة المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko ، وهو ما فعلته Rosetta و Philae لزوجين.

تم جلب الرادار حتى إلى القمر. تمكن "Jade Hare" الصيني من السير لمسافة مائة متر فقط ، ولكن حتى على ذلك تمكن من الحصول على ملامح مثيرة للاهتمام لسطح القمر ، إلى عمق حوالي أربعمائة متر. في المستقبل ، ستكون هذه المعلومات ضرورية لبناء محطة قاعدية أو قاعدة أو مستوطنة.



التحليل الطيفي ألفا بروتون

عندما يتعلق الأمر بدراسة الأجسام الفضائية بواسطة المركبات الفضائية ، يكاد يكون من المستحيل القيام بذلك دون لمس لحظات التحليل الطيفي بالأشعة السينية ألفا بروتون.



تم تركيب أجهزة APXS (مطياف أشعة ألفا الجسيمات) على جميع روفر ناسا. APXS متاح على متن مركب الهبوط Philae في نواة المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko. كان هناك جهاز مشابه ( RIFMA ) على مركبات القمر السوفيتية.



يشبه مبدأ تشغيل الطريقة مطيافية جاما ، باستثناء أن المستشعر لديه مصدر خاص به للجسيمات المشحونة (نوع من النظائر المشعة) ، في المقام الأول أشعة ألفا. تشع العينة المدروسة بالإشعاع وتبدأ في التوهج في نطاق الأشعة السينية.



علاوة على ذلك ، يضيء كل عنصر كيميائي بطريقته الخاصة ، مما يجعل من الممكن الحصول على أطياف من تكوين العناصر.



هذه ليست مراجعة شاملة لمعدات دراسة النظام الشمسي. وكقاعدة عامة ، يتم أيضًا وضع الأدوات الفيزيائية الفلكية على المركبة الفضائية بين الكواكب لتسجيل الجسيمات النشطة والإشعاع بين الكواكب والبلازما والغبار. تسمح لنا الرحلات بين الكواكب أيضًا بدراسة الفضاء الخارجي ، وعلاقة الشمس ، والكواكب ، والوسط النجمي ، لكن هذه قصة أخرى.

Source: https://habr.com/ru/post/ar382289/