Wie man die Planeten mit Radio und Strahlung untersucht

Die kosmische Strahlung ist mit dem gesamten interstellaren und interplanetaren Raum gefüllt. Dies ist das Ergebnis der Emission 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 ein Geschenk, mit dem Sie viele Details über den Weltraum lernen können. Wir setzen unsere Überprüfung der wissenschaftlichen Instrumente fort, mit denen das Sonnensystem untersucht wurde.

Früher haben wir gelernt, wie man Planeten mit optischen Mitteln untersucht . Gammaspektroskopie

Der

Gammabereich ist im Prinzip auch eine Optik, weil Gammastrahlen sind hochenergetische Photonen. Die Gammastrahlenspektroskopie in der Planetologie untersucht jedoch nicht jene Strahlen, die von Sternen und Schwarzen Löchern emittiert werden, sondern jene, mit denen Planeten und andere atmosphärenlose oder schwach atmosphärische kosmische Körper blitzen.



Planeten und Asteroiden beginnen unter dem Einfluss des Beschusses massereicherer Teilchen in Gamma zu strahlen: hochenergetische Protonen, Alpha-Beta-Strahlen und Neutronen. Geladene Partikel treffen auf den Oberflächenboden und beginnen, sich in Gamma zu emittieren. Und was charakteristisch ist, jedes chemische Element emittiert in seinem eigenen Bereich. Das heißt, es reicht aus, ein Gammaspektrometer über die Oberfläche zu 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.



Mithilfe der Gammaspektrometrie lernten die Wissenschaftler die relativ hohen Konzentrationen von Thorium-, Eisen- und Titanerzen auf dem Mond kennen.



Mit einem solchen Instrument auf der Mars-Odyssee wurden auf dem Mars zwei Regionen mit einem ungewöhnlich hohen Gehalt an Thorium- und wahrscheinlich Uranerzen entdeckt. Es ist durchaus möglich, dass einst Prozesse in Afrika unter Bildung eines natürlichen Atomreaktors stattfanden . Zwar sprechen andere auf der Grundlage derselben Daten von einem thermonuklearen Krieg ... Auf jeden Fall ist dies ein ermutigender Befund, 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 Neutronen werden von der Oberfläche steiniger Körper reflektiert, während sie etwa einen halben Meter in den Boden eintauchen. Neutronen, die von der Oberfläche zurückkehren, 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. In diesem Fall bleibt Wasserstoff im Boden in freier Form nicht zurück, insbesondere wenn der atmosphärische Druck gegen Null geht. Um Wasserstoff im Boden zu erhalten, muss er auf chemischer Ebene gebunden werden, und Wasser bleibt das beste Werkzeug. Wenn Sie also über die Oberfläche fliegen und Daten über die Geschwindigkeit der "Start" -Neutronen sammeln, können Sie den ungefähren Wassergehalt im Boden bestimmen. Je niedriger wir fliegen, desto genauer sind die Daten. Bisher geben Satelliten einen Fehler von plus oder minus hundert Kilometern.

Mit Hilfe der russischen Instrumente LEND und HEND wurden Daten zur Verteilung von Wasserstoff / Wasser in den Oberflächenböden von Mond und Mars gewonnen.



Und wenn die Marsdaten bereits zweimal bestätigt wurden, warten die Monddaten immer noch auf ihre Überprüfung. Auf dem Mars landete das Phoenix-Landemodul 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 Crater, wo der Curiosity Rover arbeitet, versprach HEND 5%, im Boden liegt der Wassergehalt zwischen 3% und 5%, und gelegentlich stoßen nur sechs Prozent auf „Oasen“.

Nach einem solchen Erfolg, HEND, saß sein Bruder DAN direkt auf dem Rover und sammelt jetzt Daten nicht aus einer Höhe von 300 km, wie sein Vorgänger, sondern 0,5 m. Zwar überschreitet die Sondiertiefe immer noch nicht 1 Meter, aber die räumliche Auflösung hat zugenommen von zehn Kilometern bis Zentimetern.



Trotz des Erfolgs von Neutronendetektoren gibt es 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 es dort eine Feuchtigkeitskonzentration gibt, laut Satelliten nicht mehr als 4%.

Radare Das

Ertönen von Planeten im Funkbereich 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 ein seltsames Spiegelbild, das Wassereis ergeben könnte. Wissenschaftler konnten lange Zeit nicht glauben, dass es auf dem der Sonne am nächsten gelegenen Planeten Gletscher geben könnte. Ich musste auf die Ergebnisse der Messenger-Sonde warten, die mit Hilfe eines Neutronendetektors und einer Laserortung das Vorhandensein von Eis bestätigen konnte.



Arecibo zeigte während des Supermonds 2013 beeindruckende Gemälde. Mit dem Mond kann er die Auswirkungen katastrophaler Lavaströme und „Überschwemmungen“ erkennen.



Wenn Sie diese Bilder mit Karten der Verteilung von Mineralien kombinieren, die mit Orbitalspektrometern erhalten wurden, können Sie eine detaillierte geologische Karte des Gebiets erstellen und die Entwicklung der Oberfläche rekonstruieren. Obwohl es seltsam ist, dass der Satellit mit einem starken Radar bisher nicht 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. "Venus-15 und -16" kartierten den Nordpol in den 80er Jahren, und in den 90er Jahren erstellte Magellan eine vollständige Karte.



Jetzt befindet sich Cassini in einer ähnlichen Umlaufbahn in der Umlaufbahn des Saturn. Hier wird Radar verwendet, um die dichte Atmosphäre von Titan zu durchdringen. Während zahlreicher Zeiträume öffnet die Raumstation allmählich den ewigen Schleier und öffnet der Wissenschaft diese wirklich erstaunliche Welt, die der irdischen in gewisser Weise unglaublich ähnlich ist, aber auf etwas auffallend anderes.



Mit mehreren Radaraufnahmen können nicht nur dynamische Prozesse abgebildet, sondern auch beobachtet werden. Die Insel erschien auf mysteriöse Weise und verschwand dann als Zeichen anhaltender saisonaler Veränderungen. Vielleicht war es ein Eisberg, der ins Methanmeer fiel.



Andere Wellenlängen und ein anderes Radardesign ermöglichen es Ihnen, tiefer zu klettern. Im Weltraum verfügt der Mars über zwei Raumschiffe, die mit „Echoloten“ ausgestattet sind, die 1-3 Kilometer in die Erdkruste eindringen.

Eine Studie des europäischen Mars Express-Raumfahrzeugs ermöglichte es, Informationen über die Leistung und Struktur des polaren Eises zu erhalten, Kohlendioxid von Wassereis zu unterscheiden und Wasserreserven abzuschätzen.



Sein Scan enthüllte alte Asteroidenkrater, die von Hunderten von Metern vulkanischer Lava und Sedimentansammlungen des Marsozeans auf der Nordhalbkugel des Planeten begraben waren. Zuvor haben Wissenschaftler wiederholt den offensichtlichen Unterschied in der Anzahl der Meteoritenkrater in der südlichen und nördlichen Hemisphäre des Mars festgestellt, und Mars Express hat es ermöglicht, das Rätsel zu lösen. Wenn jemand noch Hoffnungen auf Marsmenschen hatte, die in Vakuum, Dürre und Frost im submarianischen „Zion“ begraben waren, dann habe ich schlechte Nachrichten für sie ...



Der New Horizons-Apparat verfügt auch über Radarinstrumente, aber die Abmessungen der Antenne sind vielen interplanetaren Kollegen unterlegen Daher konzentriert sich die Studie auf das Finden und Studieren der Atmosphäre.

Ich freue mich auf die Ergebnisse der Radarübertragung des Kerns des Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko, die von Rosetta und Philae an einem Paar durchgeführt wurde.

Das Radar wurde sogar zum Mond gebracht. Der chinesische "Jade Hare" konnte nur hundert Meter laufen, aber selbst darauf gelang es ihm, interessante 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 um die Untersuchung von Weltraumkörpern mit Raumfahrzeugen geht, ist es fast unmöglich, auf Momente der Alpha-Protonen-Röntgenfluoreszenzspektroskopie zu verzichten.



Auf allen NASA-Rovers wurden APXS-Geräte (Alpha-Partikel-Röntgenspektrometer) installiert. APXS ist auf dem Landungsboot Philae im Kern des Kometen 67P / Churyumov-Gerasimenko verfügbar. Es gab ein ähnliches Gerät ( RIFMA ) bei sowjetischen Mondrovern.



Das Funktionsprinzip des Verfahrens ähnelt der Gammaspektroskopie, mit der Ausnahme, 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 keine erschöpfende Überprüfung der Ausrüstung für die Untersuchung des Sonnensystems. In der Regel werden astrophysikalische Instrumente auch auf interplanetaren Raumfahrzeugen platziert, um energetische Partikel, interplanetare Strahlung, Plasma und Staub aufzuzeichnen. Interplanetare Flüge ermöglichen es uns auch, den Weltraum, die Beziehung zwischen Sonne, Planeten und interstellarem Medium zu untersuchen, aber dies ist eine andere Geschichte.

Source: https://habr.com/ru/post/de382289/