Cómo explorar planetas con la ayuda de la luz.

¿Qué se necesita para un estudio detallado de otro planeta, un asteroide o un cometa?
Para comenzar, lanza una nave espacial más cercana. Y equipe esta sonda con instrumentos para que le informen lo más posible sobre el tema de estudio, según las restricciones de volumen y masa. Hoy veremos cómo una persona estudia el sistema solar utilizando medios ópticos.

Alrededor del Sol, muchos cuerpos cósmicos giran, que son muy diferentes entre sí. Los gigantes gaseosos no tienen una superficie sólida, y los planetas de piedra tienen una atmósfera de diferentes densidades, desde insignificante hasta superdensa. Los asteroides son de piedra y hierro, y los cometas cambian enormemente su actividad dependiendo de la distancia al Sol.



Está claro que para el estudio de objetos con diferentes propiedades se requerirán diferentes dispositivos. Al mismo tiempo, los científicos ya han acumulado una experiencia considerable en la aplicación de muchos tipos de métodos de investigación, fueron capaces de comprender qué proporciona la máxima información útil con una masa mínima. Ahora podemos considerar tal "conjunto de caballeros" de un explorador espacial robótico.

Disparo visible

Los ojos siguen siendo nuestro principal dispositivo de investigación, por lo que los astrónomos de la Tierra invierten miles de millones en telescopios gigantes, y se crean cámaras especiales para el espacio. Intentan duplicar una cámara científica, es decir Lanzamiento de dos cámaras: una gran angular, la segunda teleobjetivo. Gran angular le permitirá cubrir espacios significativos con sus ojos, pero todos los objetos en su disparo serán pequeños. El teleobjetivo es un "arma de largo alcance" que le permite considerar pequeños detalles desde una distancia considerable.

Este principio se conserva tanto en el espacio como en la superficie de los planetas. Entonces, el rover Curiosity Mars tiene una lente de color gran angular de 34 mm y un teleobjetivo de 100 mm de largo.



Para los módulos orbitales, la relación entre largo y ancho suele ser mucho más sustancial. En lugar de un teleobjetivo, colocaron un telescopio de espejo completo.



El telescopio de espejo más grande fuera de la órbita de la Tierra ahora está operando en la órbita de Marte, el satélite MRO tiene un diámetro de 50 cm. La cámara HiRise captura altitudes de 250-300 km con detalles fenomenales de hasta 26 cm.



Esto permite a los científicos estudiar Marte y monitorear el movimiento de rovers y entusiastas , como nosotros, hacemos arqueología marciana .

Además de las cámaras científicas, las cámaras de navegación a menudo se colocan en naves espaciales. Permiten a los operadores de dispositivos navegar mejor "en el suelo" y elegir objetivos para cámaras científicas. Las cámaras de navegación pueden cubrir ángulos de visión aún más amplios, y también se pueden crear dobles, pero ya para aumentar la confiabilidad o para disparos estéreo.



La diferencia entre las cámaras científicas y la navegación no está solo en la amplitud del ángulo de visión. Las cámaras científicas también están equipadas con filtros de color intercambiables que le permiten analizar algunas características espectrales de la superficie de los objetos estudiados. Por lo general, los filtros están ubicados en una rueda especial, que le permite cambiarlos en el eje óptico de la cámara.



Por defecto, las cámaras científicas disparan en el rango pancromático: modo blanco y negro, en el que la fotomatriz recibe toda la luz visible, e incluso un poco invisible, cerca del infrarrojo. Tal encuesta le permite obtener la resolución más alta y ver los detalles más pequeños, por lo que la mayoría de las imágenes del espacio son en blanco y negro. Aunque alguien piensa que algún tipo de conspiración está relacionada con esto.


En modo pancromático (blanco y negro), el detalle es mayor.

Se pueden obtener imágenes en color disparando varias veces con filtros de color alternativos combinando imágenes. Un solo cuadro tomado a través de un filtro de color también será blanco y negro, por lo que las imágenes deben combinarse en tres. Además, no es necesario en absoluto, el color resultante en la imagen será lo que nuestros ojos verían. Para la visión humana, el mundo consiste en combinaciones de rojo, verde y azul. Y el color "real" de la imagen se puede obtener usando filtros rojo, verde y azul.


Una curiosa diferencia en la reflectividad de la superficie en diferentes rangos.

Pero si los marcos se toman, por ejemplo, filtros azul, rojo e infrarrojo, el color de la imagen resultará ser "falso", aunque los principios físicos para obtenerlo son exactamente los mismos que los reales.



Al publicar imágenes en color en sitios oficiales, firman qué filtros de color se utilizan en la imagen. Pero en los medios, estas fotos ya no tienen explicación. Por lo tanto, toda clase de especulaciones sobre el color oculto de Marte o incluso de la Luna todavía se encuentran en Internet .

En las cámaras terrestres ordinarias, el disparo a través de filtros multicolores también se usa de la misma manera, solo que están pegados a los elementos de la fotomatriz ( filtro Bayer ) y la automatización está involucrada en la mezcla de colores, no en los científicos. Los filtros Bayers ya están instalados en el móvil Curiosity, aunque se ha guardado una rueda de filtros separada.

Disparo infrarrojo

Nuestros ojos no ven la luz infrarroja, y la piel lo percibe como calor, aunque el rango infrarrojo no es menor que la luz visible. La información oculta a los ojos puede obtenerse con cámaras infrarrojas. Incluso las fotomatrices más comunes pueden ver la luz infrarroja cercana (intente, por ejemplo, quitar la luz del control remoto del televisor en un teléfono inteligente). Para registrar el rango medio de luz infrarroja, se colocan cámaras separadas en la tecnología espacial, con un tipo diferente de sensores. Y el infrarrojo lejano ya requiere enfriar los sensores a un profundo menos.

Debido al mayor poder de penetración de la luz infrarroja, es posible mirar más profundamente tanto en el espacio profundo, a través de las nebulosas de gas y polvo, como en el suelo de los planetas y otros cuerpos sólidos.

Entonces, los científicos Venus Express observaron el movimiento de las nubes a altitudes medias en la atmósfera de Venus.



New Horizons registró el brillo térmico de los volcanes del satélite joviano Io.



Disparar en modo depredador se utilizó en los rovers Spirit y Opportunity.



Una mirada al Mars Express en los polos de Marte mostró la diferencia en la distribución de dióxido de carbono y hielo de agua sobre la superficie de los casquetes polares (rosa - dióxido de carbono, azul - hielo de agua).



Para obtener la máxima información, las cámaras infrarrojas están equipadas con un gran conjunto de filtros o un espectrómetro completo, que le permite colocar en el espectro toda la luz reflejada desde la superficie. Por ejemplo, nuevos horizontesHay un sensor infrarrojo con 65.5 mil elementos de píxeles dispuestos en 256 líneas. Cada línea "ve" solo la radiación en su rango estrecho, y el sensor funciona en modo escáner, es decir una cámara con él se "conduce" a lo largo del objeto estudiado.

Como ya se mencionó, la luz infrarroja es calor, por lo que disparar en este rango abre otra oportunidad para estudiar cuerpos cósmicos sólidos. Si observa la superficie durante mucho tiempo en el proceso de calentamiento de la luz solar durante el día y enfriamiento durante la noche, puede ver que algunos elementos de la superficie se calientan y enfrían rápidamente, mientras que algunos se calientan durante mucho tiempo y se enfrían durante mucho tiempo. Estas observaciones se denominan estudios de inercia térmica. Le permiten determinar las características físicas del suelo: suelto, por regla general, se acumula y emite calor fácilmente, y denso: se calienta durante mucho tiempo y mantiene el calor durante mucho tiempo.


En el mapa: rosa, con baja inercia térmica, azul, con alta (es decir, se enfría durante mucho tiempo).

Una observación interesante, en modo térmico, fue realizada por la sonda soviética "Phobos-2". Al disparar a Marte en modo térmico, notó una larga franja que se extendía por todo el planeta.



En los años 90, se expresaron especulaciones místicas en la prensa sobre el rastro de condensación del avión en la atmósfera de Marte, pero la realidad resultó ser más interesante, aunque más prosaica. La cámara térmica "Phobos-2" pudo reparar una franja de tierra enfriada, que se extiende más allá de la sombra del satélite Mars-Phobos.

Hay errores Por ejemplo, al examinar el cráter Gale desde el satélite Mars Odyssey, los científicos determinaron una región con alta inercia térmica, no muy lejos del curioso rover Curiosity. Esperaban encontrar rocas densas, y se encontraron rocas arcillosas con un contenido de agua relativamente alto de hasta 6%. Resultó que la razón de la alta inercia térmica era agua, no piedra.

Fotografía UV



Con la ayuda de la luz ultravioleta, estudian el componente gaseoso del sistema solar y, de hecho, todo el universo. Se montó un espectrómetro ultravioleta en un telescopio Hubble, y con su ayuda fue posible determinar la distribución de agua en la atmósfera de Júpiter o detectar emisiones del océano subglacial de su satélite europeo .



En ultravioleta, se estudiaron casi todas las atmósferas de los planetas, incluso aquellas que prácticamente no existen. El potente espectrómetro ultravioleta de la sonda MAVEN hizo posible ver hidrógeno y oxígeno alrededor de Marte a una distancia considerable de la superficie. Aquellos. Vea cómo, incluso ahora, el escape de gases de la atmósfera de Marte continúa, y cuanto más ligero es el gas, más intenso es esto.



El hidrógeno y el oxígeno en la atmósfera de Marte se obtienen por disociación fotoquímica (separación) de las moléculas de agua en componentes bajo la acción de la radiación solar, y el agua en Marte se evapora del suelo. Aquellos. MAVEN nos permitió responder a la pregunta de por qué Marte ahora está seco, aunque una vez hubo el océano , los lagos y los ríos.

La sonda ultravioleta Mariner-10 pudo revelar los detalles de las nubes venusianas, ver la estructura en forma de V de los flujos turbulentos y determinar la velocidad de los vientos.



Una forma más sofisticada de estudiar la atmósfera es a través de la luz. Para hacer esto, el objeto estudiado se coloca entre la fuente de luz y el espectrómetro de la nave espacial. Por lo tanto, puede determinar la composición de la atmósfera evaluando la diferencia en el espectro de la fuente de luz antes y después del cierre de la atmósfera.



Por lo tanto, es posible determinar no solo el contenido de gas en la atmósfera, sino también la composición aproximada del polvo, si también absorbe parte de la luz.


Vale la pena señalar que Rusia no es la última en términos de investigación interplanetaria espectroscópica. Con la participación del Instituto de Investigación Espacial de la Academia de Ciencias de Rusia, se creó el espectrómetro infrarrojo europeo OMEGA para Mars Express; en el mismo aparato es el resultado del trabajo conjunto de científicos rusos, belgas y franceses: el espectrómetro infrarrojo y ultravioleta SPICAM; Junto con los italianos, los especialistas de IKI RAS desarrollaron el dispositivo PFS. Se instaló un conjunto similar de instrumentos en el aparato Venus Express, que completó su misión a finales de 2014. Como puede ver, la luz nos proporciona una cantidad significativa de información sobre el sistema solar, solo necesita poder mirar y ver, pero hay otros medios relacionados con la energía nuclear y radiofísica Y este es el tema para la próxima revisión.

Source: https://habr.com/ru/post/es382049/