Wie man Planeten mit Hilfe von Licht erforscht

Was wird für eine detaillierte Untersuchung eines anderen Planeten, eines Asteroiden oder eines Kometen benötigt?
Starten Sie zunächst ein näheres Raumschiff. Und statten Sie diese Sonde mit Instrumenten aus, damit sie auf der Grundlage von Volumen- und Massenbeschränkungen so viel wie möglich über das Thema der Studie erzählen. Heute werden wir sehen, wie eine Person das Sonnensystem mit optischen Mitteln untersucht.

Um die Sonne drehen sich viele kosmische Körper, die sich sehr voneinander unterscheiden. Gasriesen haben keine feste Oberfläche, und Steinplaneten haben eine Atmosphäre unterschiedlicher Dichte, von vernachlässigbar bis überdicht. Asteroiden sind Stein und Eisen, und Kometen verändern ihre Aktivität in Abhängigkeit von der Entfernung zur Sonne erheblich.



Es ist klar, dass für das Studium von Objekten mit unterschiedlichen Eigenschaften unterschiedliche Geräte erforderlich sind. 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 ein solches "Gentleman-Set" eines Roboter-Weltraumforschers betrachten.

Sichtbares Schießen

Augen sind weiterhin unser Hauptforschungsgerät, daher investieren Astronomen auf der Erde Milliarden in Riesenteleskope, und spezielle Kameras werden für den Weltraum entwickelt. Sie versuchen, eine wissenschaftliche Kamera zu verdoppeln, d.h. Starten Sie zwei Kameras: eine Weitwinkelkamera, die zweite Tele. Mit dem Weitwinkel können Sie wichtige Bereiche mit Ihren Augen abdecken, aber alle Objekte in der Aufnahme sind klein. Das Teleobjektiv ist eine "Langstreckenwaffe", mit der Sie kleine Details aus großer Entfernung betrachten können.

Dieses Prinzip bleibt sowohl im Weltraum als auch auf der Oberfläche von Planeten erhalten. Der Curiosity Mars Rover verfügt also über ein 34 mm Weitwinkel-Farbobjektiv und ein 100 mm langes Teleobjektiv.



Bei Orbitalmodulen ist das Verhältnis zwischen lang und breit normalerweise viel größer. Anstelle eines Teleobjektivs wurde ein vollwertiges Spiegelteleskop eingesetzt.



Das größte Spiegelteleskop außerhalb der Erdumlaufbahn befindet sich jetzt in der Marsumlaufbahn. Der Satelliten-MRO hat einen Durchmesser von 50 cm. 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 und Enthusiasten überwachen Machen Sie wie wir Marsarchäologie .

Neben wissenschaftlichen Kameras werden Navigationskameras häufig auf Raumfahrzeugen platziert. Sie ermöglichen es den Betreibern von Geräten, besser „am Boden“ zu navigieren und Ziele für wissenschaftliche Kameras auszuwählen. Navigationskameras können noch größere Betrachtungswinkel abdecken und können auch doppelt erstellt werden, jedoch bereits zur Erhöhung der Zuverlässigkeit oder für Stereoaufnahmen.



Der Unterschied zwischen wissenschaftlichen Kameras und Navigation liegt nicht nur in der Breite des Betrachtungswinkels. Wissenschaftliche Kameras sind außerdem mit austauschbaren Farbfiltern ausgestattet, mit denen Sie einige spektrale Eigenschaften der Oberfläche der untersuchten Objekte analysieren können. Normalerweise befinden sich die Filter 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 Licht und sogar ein wenig unsichtbar empfängt - im nahen Infrarot. Mit einer solchen Umfrage können Sie die höchste Auflösung erzielen und die kleinsten Details sehen, sodass 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 mehrmaliges Aufnehmen mit abwechselnden Farbfiltern durch Kombinieren von Bildern erhalten werden. Ein einzelnes Bild, das durch einen Farbfilter aufgenommen wird, ist ebenfalls schwarzweiß, sodass die Bilder in drei Bildern kombiniert werden müssen. Darüber hinaus ist es 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.


Ein merkwürdiger Unterschied im Reflexionsvermögen der Oberfläche in verschiedenen Bereichen.

Wenn die Bilder jedoch beispielsweise durch Blau-, Rot- und Infrarotfilter aufgenommen werden, stellt sich heraus, dass die Farbe des Bildes „falsch“ ist, obwohl die physikalischen Prinzipien für den Erhalt genau die gleichen sind wie die realen.



Bei der Veröffentlichung von Farbbildern auf offiziellen Websites wird signiert, welche Farbfilter im Bild verwendet werden. Aber in den Medien werden diese Fotos schon ohne Erklärung. Daher gehen alle Arten von Spekulationen über die verborgene Farbe des Mars oder sogar des Mondes immer noch ins Internet .

Bei gewöhnlichen terrestrischen Kameras wird die Aufnahme durch mehrfarbige Filter auf die gleiche Weise verwendet, nur dass sie auf die Elemente der Photomatrix ( Bayer-Filter ) geklebt werden und die Automatisierung durch die Farbmischung erfolgt, nicht durch Wissenschaftler. Die Bayers-Filter sind bereits im Curiosity Rover installiert, obwohl ein separates Filterrad eingespart wurde.

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 den Augen verborgen sind, können von Infrarotkameras abgerufen werden. Selbst die meisten gewöhnlichen Fotomatrizen können nahes Infrarotlicht sehen (versuchen Sie beispielsweise, das Licht der TV-Fernbedienung auf einem Smartphone zu entfernen). 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, sowohl durch Gas- und Staubnebel als auch in den Boden von Planeten und anderen festen Körpern 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 der Vulkane des Jupiter-Satelliten Io auf.



Das Schießen im Raubtiermodus wurde bei Spirit- und Opportunity-Rovers verwendet.



Ein Blick auf Mars Express an den Polen des Mars zeigte den Unterschied in der Verteilung von Kohlendioxid und Wassereis auf der Oberfläche von Eiskappen (rosa - Kohlendioxid, blaues - Wassereis).



Für maximale Informationen sind Infrarotkameras mit einem großen Satz von Filtern oder einem vollwertigen Spektrometer ausgestattet, mit dem Sie das gesamte von der Oberfläche reflektierte Licht im Spektrum auslegen können. Zum Beispiel New HorizonsEs gibt 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. Eine Kamera mit ihm wird entlang des untersuchten Objekts „geführt“.

Wie bereits erwähnt, ist Infrarotlicht Wärme, daher eröffnet das Schießen in diesem Bereich eine weitere Möglichkeit, feste kosmische Körper zu untersuchen. 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, während sich andere lange aufwärmen und lange abkühlen. Diese Beobachtungen werden als thermische Trägheitsstudien bezeichnet. Sie ermöglichen es Ihnen, die physikalischen Eigenschaften des Bodens zu bestimmen: Locker, sammelt sich 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: rosa - mit geringer thermischer Trägheit, blau - mit hoher (d. H. Kühlt lange ab).

Eine interessante Beobachtung im thermischen Modus wurde von der sowjetischen Sonde „Phobos-2“ gemacht. Als er im thermischen Modus auf den Mars schoss, bemerkte er einen langen Streifen, der sich über den Planeten erstreckte.



In den 90er Jahren wurden in der Presse mystische Spekulationen über den Kondensationsweg des Flugzeugs in der Marsatmosphäre geäußert, aber die Realität erwies sich als interessanter, wenn auch prosaischer. Die Wärmekammer „Phobos-2“ konnte einen Streifen gekühlten Bodens befestigen, der sich über den vorbeiziehenden Schatten des Mars-Phobos-Satelliten hinaus erstreckt.

Es gibt Fehler. Durch die Untersuchung des Gale-Kraters vom Satelliten Mars Odyssey haben Wissenschaftler beispielsweise eine Region mit hoher thermischer Trägheit unweit des neugierigen Curiosity Rovers bestimmt. Sie erwarteten dichtes Gestein, und es wurden Tongesteine ​​mit einem relativ hohen Wassergehalt von bis zu 6% gefunden. Es stellte sich heraus, dass der Grund für die hohe thermische Trägheit Wasser und nicht Stein war.

UV-Fotografie



Mit Hilfe von ultraviolettem Licht untersuchen sie die Gaskomponente des Sonnensystems und in der Tat das gesamte Universum. Ein Ultraviolett-Spektrometer wurde an einem Hubble-Teleskop angebracht, und mit seiner Hilfe war es möglich, die Verteilung des Wassers in der Jupiter-Atmosphäre zu bestimmen oder Emissionen aus dem subglazialen Ozean seines europäischen Satelliten zu erfassen .



Im ultravioletten Bereich wurden fast alle Atmosphären der Planeten untersucht, auch diejenigen, die praktisch nicht existieren. Das leistungsstarke Ultraviolett-Spektrometer der MAVEN-Sonde ermöglichte es, Wasserstoff und Sauerstoff um den Mars in beträchtlicher Entfernung von der Oberfläche zu sehen. Jene. Sehen Sie, wie das Entweichen von Gasen aus der Marsatmosphäre auch jetzt noch andauert. 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 Einwirkung von Sonnenstrahlung erhalten, und Wasser auf dem Mars verdunstet aus dem Boden. Jene. MAVEN erlaubte uns, die Frage zu beantworten, warum der Mars jetzt trocken ist, obwohl es einst Ozean , Seen und Flüsse gab.

Die ultraviolette Mariner-10-Sonde konnte die Details der Venuswolken aufdecken, die V-förmige Struktur turbulenter Strömungen erkennen und die Geschwindigkeit der Winde bestimmen.



Eine raffiniertere Art, die Atmosphäre zu studieren, ist das Licht. Dazu wird das untersuchte Objekt zwischen der Lichtquelle und dem Spektrometer des Raumfahrzeugs platziert. Sie können also die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen, indem Sie den Unterschied im Spektrum der Lichtquelle vor und nach dem Schließen der Atmosphäre bewerten.



Somit ist es möglich, nicht nur den Gasgehalt in der Atmosphäre zu bestimmen, sondern auch die ungefähre Zusammensetzung des Staubes, wenn er auch einen Teil des Lichts absorbiert.


Es ist erwähnenswert, 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 OMEGA-Infrarotspektrometer für Mars Express entwickelt. am selben Apparat ist das Ergebnis der gemeinsamen Arbeit russischer, belgischer und französischer Wissenschaftler - des SPICAM-Infrarot- und Ultraviolett-Spektrometers; Gemeinsam mit Italienern haben IKI RAS-Spezialisten das PFS-Gerät entwickelt. Ein ähnlicher Satz von Instrumenten wurde auf dem Venus Express-Gerät installiert, das seine Mission Ende 2014 abgeschlossen hat. Wie Sie sehen können, liefert uns Licht eine beträchtliche Menge an Informationen über das Sonnensystem. Sie müssen nur schauen und sehen können, aber es gibt andere Mittel im Zusammenhang mit nuklearen und Radiophysik. Und das ist das Thema für die nächste Überprüfung.

Source: https://habr.com/ru/post/de382049/