Comment explorer les planètes à l'aide de la lumière

De quoi a-t-on besoin pour une étude détaillée d'une autre planète, d'un astéroïde ou d'une comète?
Pour commencer, lancez un vaisseau spatial plus proche. Et équiper cette sonde d'instruments pour qu'ils en disent le plus possible sur le sujet d'étude, en fonction des restrictions de volume et de masse. Aujourd'hui, nous verrons comment une personne étudie le système solaire à l'aide de moyens optiques.

Autour du Soleil, de nombreux corps cosmiques tournent, qui sont très différents les uns des autres. Les géantes gazeuses n'ont pas de surface solide et les planètes en pierre ont une atmosphère de densités différentes, de négligeable à superdense. Les astéroïdes sont en pierre et en fer, et les comètes changent considérablement leur activité en fonction de la distance au Soleil.



Il est clair que pour l'étude d'objets ayant des propriétés différentes, il faudra différents appareils. Dans le même temps, les scientifiques ont déjà accumulé une expérience considérable dans l'application de nombreux types de méthodes de recherche, ont pu comprendre ce qui donne le maximum d'informations utiles avec une masse minimale. Maintenant, nous pouvons considérer un tel "ensemble de gentleman" d'un explorateur robotique de l'espace.

Prise de vue visible

Les yeux continuent d'être notre principal appareil de recherche, de sorte que les astronomes de la Terre investissent des milliards dans des télescopes géants et des caméras spéciales sont créées pour l'espace. Ils essaient de faire un double appareil photo scientifique, c'est-à-dire lancer deux caméras: une grand-angle, la deuxième téléobjectif. Le grand angle vous permettra de couvrir des espaces importants avec vos yeux, mais tous les objets dans sa prise de vue seront petits. Le téléobjectif est une "arme à longue portée" qui vous permet de considérer de petits détails à une distance considérable.

Ce principe est conservé à la fois dans l'espace et à la surface des planètes. Ainsi, le rover Curiosity Mars a un objectif couleur grand angle de 34 mm et un téléobjectif de 100 mm de long.



Pour les modules orbitaux, le rapport entre long et large est généralement beaucoup plus important. Au lieu d'un téléobjectif, ils ont mis un télescope à miroir à part entière.



Le plus grand télescope à miroir en dehors de l'orbite terrestre fonctionne maintenant sur l'orbite de Mars, le satellite MRO a un diamètre de 50 cm. La caméra HiRise capture des altitudes de 250 à 300 km dans des détails phénoménaux jusqu'à 26 cm.



Cela permet aux scientifiques d'étudier Mars et de surveiller le mouvement des rovers, et des passionnés comme nous, l' archéologie martienne .

En plus des caméras scientifiques, les caméras de navigation sont souvent placées sur des vaisseaux spatiaux. Ils permettent aux opérateurs d'appareils de mieux naviguer «sur le terrain» et de choisir des cibles pour les caméras scientifiques. Les caméras de navigation peuvent couvrir des angles de vision encore plus larges et peuvent également être créées en double, mais déjà pour augmenter la fiabilité ou pour la prise de vue stéréo.



La différence entre les caméras scientifiques et la navigation n'est pas seulement dans l'étendue de l'angle de vision. Les caméras scientifiques sont également équipées de filtres de couleur interchangeables qui vous permettent d'analyser certaines caractéristiques spectrales de la surface des objets étudiés. Habituellement, les filtres sont situés dans une roue spéciale, ce qui vous permet de les changer sur l'axe optique de la caméra.



Par défaut, les caméras scientifiques tournent dans la gamme panchromatique - mode noir et blanc, dans laquelle la photomatrix reçoit toute la lumière visible, et même un peu invisible - proche infrarouge. Une telle enquête vous permet d'obtenir la résolution la plus élevée et de voir les moindres détails, de sorte que la plupart des images de l'espace sont en noir et blanc. Bien que quelqu'un pense qu'une sorte de complot est liée à cela.


En mode panchromatique (noir et blanc), le détail est plus élevé.

Les images en couleur peuvent être obtenues en prenant plusieurs photos avec des filtres de couleur alternés en combinant des images. Une seule image prise à travers un filtre de couleur sera également en noir et blanc, de sorte que les images doivent être combinées en trois. De plus, ce n'est pas du tout nécessaire, la couleur résultante dans l'image sera ce que nos yeux verraient. Pour la vision humaine, le monde se compose de combinaisons de rouge, vert et bleu. Et la "vraie" couleur de l'image peut être obtenue en utilisant des filtres rouges, verts et bleus.


Une curieuse différence de réflectivité de la surface dans différentes gammes.

Mais si les images sont prises à travers, par exemple, des filtres bleu, rouge et infrarouge, la couleur de l'image se révélera «fausse», bien que les principes physiques pour l'obtenir soient exactement les mêmes que les vrais.



Lors de la publication d'images en couleur sur des sites officiels, ils signent les filtres de couleur utilisés dans l'image. Mais dans les médias, ces photos sont déjà sans explication. Par conséquent, toutes sortes de spéculations sur la couleur cachée de Mars ou même de la Lune vont toujours sur Internet .

Dans les caméras terrestres ordinaires, la prise de vue à travers des filtres multicolores est également utilisée de la même manière, seulement ils sont collés aux éléments de la photomatrice ( filtre Bayer ) et l'automatisation est impliquée dans le mélange des couleurs, pas les scientifiques. Les filtres Bayers sont déjà installés sur le mobile Curiosity, bien qu'une roue de filtre séparée ait été enregistrée.

Prise de vue infrarouge

Nos yeux ne voient pas la lumière infrarouge et la peau la perçoit comme de la chaleur, bien que la portée infrarouge ne soit pas inférieure à la lumière visible. Les informations cachées aux yeux peuvent être obtenues par des caméras infrarouges. Même les photomatrices les plus ordinaires peuvent voir la lumière proche infrarouge (essayez, par exemple, de retirer la lumière de la télécommande du téléviseur sur un smartphone). Pour enregistrer la plage moyenne de lumière infrarouge, des caméras distinctes sont placées sur la technologie spatiale, avec un type de capteurs différent. Et l'infrarouge lointain nécessite déjà de refroidir les capteurs à un profond moins.

En raison du pouvoir pénétrant plus élevé de la lumière infrarouge, il est possible de regarder plus profondément à la fois dans l'espace profond, à travers les nébuleuses de gaz et de poussière, et dans le sol des planètes et d'autres corps solides.

Ainsi, les scientifiques Venus Express ont observé le mouvement des nuages ​​à moyenne altitude dans l'atmosphère de Vénus.



New Horizons a enregistré la lueur thermique des volcans du satellite jovien Io.



Le tir en mode prédateur a été utilisé sur les rovers Spirit et Opportunity.



Un regard sur Mars Express aux pôles de Mars a montré la différence dans la distribution du dioxyde de carbone et de la glace d'eau à la surface des calottes glaciaires (rose - dioxyde de carbone, bleu - glace d'eau).



Pour un maximum d'informations, les caméras infrarouges sont équipées d'un large ensemble de filtres, ou d'un spectromètre à part entière, qui vous permet de disposer sur le spectre toute la lumière réfléchie par la surface. Par exemple, New HorizonsIl y a un capteur infrarouge avec 65,5 milliers d'éléments pixels disposés en 256 lignes. Chaque ligne «ne voit» que le rayonnement dans sa plage étroite, et le capteur fonctionne en mode scanner, c'est-à-dire une caméra avec lui est «conduite» le long de l'objet étudié.

Comme déjà mentionné, la lumière infrarouge est de la chaleur, donc le tir dans cette gamme ouvre une nouvelle occasion d'étudier les corps cosmiques solides. Si vous observez la surface pendant une longue période dans le processus de chauffage de la lumière du soleil pendant la journée et de refroidissement la nuit, vous pouvez voir que certains éléments de la surface se réchauffent et se refroidissent rapidement, tandis que certains se réchauffent pendant longtemps et se refroidissent pendant une longue période. Ces observations sont appelées études d'inertie thermique. Ils vous permettent de déterminer les caractéristiques physiques du sol: lâche, en règle générale, se rassemble facilement et dégage facilement de la chaleur, et dense - se réchauffe pendant une longue période et conserve la chaleur pendant une longue période.


Sur la carte: rose - à faible inertie thermique, bleu - à fort (c'est-à-dire refroidit longtemps).

Une observation intéressante, en mode thermique, a été faite par la sonde soviétique "Phobos-2". Tirant sur Mars en mode thermique, il a remarqué une longue bande qui s'étendait à travers la planète.



Dans les années 90, des spéculations mystiques ont été exprimées dans la presse sur la traînée de condensation de l'avion dans l'atmosphère de Mars, mais la réalité s'est avérée plus intéressante, bien que plus prosaïque. La chambre thermique «Phobos-2» a pu fixer une bande de sol refroidi, qui s'étend au-delà de l'ombre passante du satellite Mars - Phobos.

Il y a des erreurs. Par exemple, en examinant le cratère Gale du satellite Mars Odyssey, les scientifiques ont déterminé un site à forte inertie thermique, non loin du curieux rover Curiosity. Ils s'attendaient à trouver des roches denses et des roches argileuses avec une teneur en eau relativement élevée allant jusqu'à 6% ont été trouvées. Il s'est avéré que la raison de la forte inertie thermique était l'eau, pas la pierre.

Photographie UV



À l'aide de la lumière ultraviolette, ils étudient la composante gazeuse du système solaire, voire l'univers entier. Un spectromètre ultraviolet a été monté sur un télescope Hubble, et avec son aide, il a été possible de déterminer la distribution de l'eau dans l'atmosphère de Jupiter ou de détecter les émissions de l' océan sous-glaciaire de son satellite européen .



En ultraviolet, presque toutes les atmosphères des planètes ont été étudiées, même celles qui sont pratiquement inexistantes. Le puissant spectromètre ultraviolet de la sonde MAVEN a permis de voir l'hydrogène et l'oxygène entourant Mars à une distance considérable de la surface. Ceux. voyez comment, même maintenant, l'échappement des gaz de l'atmosphère de Mars continue, et plus le gaz est léger, plus cela se produit.



L'hydrogène et l'oxygène dans l'atmosphère de Mars sont obtenus par dissociation photochimique (séparation) des molécules d'eau en composants sous l'action du rayonnement solaire, et l'eau sur Mars s'évapore du sol. Ceux. MAVEN nous a permis de répondre à la question de savoir pourquoi Mars est maintenant sèche, bien qu'il y ait eu autrefois l'océan , les lacs et les rivières.

La sonde ultraviolette Mariner-10 a pu révéler les détails des nuages ​​vénusiens, voir la structure en forme de V des écoulements turbulents et déterminer la vitesse des vents.



Une façon plus sophistiquée d'étudier l'atmosphère est la lumière. Pour ce faire, l'objet étudié est placé entre la source lumineuse et le spectromètre de l'engin spatial. Vous pouvez donc déterminer la composition de l'atmosphère en évaluant la différence de spectre de la source lumineuse avant et après la fermeture de l'atmosphère.



Ainsi, il est possible de déterminer non seulement la teneur en gaz dans l'atmosphère, mais également la composition approximative de la poussière, si elle absorbe également une partie de la lumière.


Il convient de noter que la Russie n'est pas la dernière en termes de recherche interplanétaire spectroscopique. Avec la participation de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie russe des sciences, le spectromètre infrarouge européen OMEGA pour Mars Express a été créé; sur le même appareil est le résultat du travail conjoint de scientifiques russes, belges et français - le spectromètre infrarouge et ultraviolet SPICAM; En collaboration avec les Italiens, les spécialistes IKI RAS ont développé le dispositif PFS. Un ensemble d'instruments similaire a été installé sur l'appareil Venus Express, qui a achevé sa mission à la fin de 2014. Comme vous pouvez le voir, la lumière nous fournit une quantité importante d'informations sur le système solaire, il vous suffit de pouvoir regarder et voir, mais il existe d'autres moyens liés au nucléaire et radiophysique. Et c'est le sujet de la prochaine revue.

Source: https://habr.com/ru/post/fr382049/