Comment étudier les planètes en utilisant la radio et le rayonnement

Le rayonnement cosmique est rempli de tout l'espace interstellaire et interplanétaire. C'est le résultat de l'émission d'étoiles, de disques d'accrétion de trous noirs, d'étoiles à neutrons et de pulsars, d'explosions de supernovaes ... Presque tout cataclysme dans l'Univers est à l'origine d'émissions de rayonnement. Le rayonnement est un problème pour les astronautes et l'électronique, mais pour les scientifiques, c'est un cadeau qui vous permet d'apprendre beaucoup de détails sur l'espace. Nous poursuivons notre revue des instruments scientifiques utilisés pour étudier le système solaire.

Plus tôt, nous avons appris à étudier les planètes par des moyens optiques .

Spectroscopie

gamma La gamme gamma, en principe, est également une optique, car les rayons gamma sont des photons de haute énergie. Mais la spectroscopie gamma en planétologie n'étudie pas les rayons émis par les étoiles et les trous noirs, mais ceux avec lesquels les planètes et autres corps cosmiques sans atmosphère ou faiblement atmosphériques clignotent.



Les planètes et les astéroïdes commencent à rayonner dans le gamma sous l'influence du bombardement de particules plus massives: protons de haute énergie, rayons alpha-bêta et neutrons. Les particules chargées frappent le sol de surface et il commence à émettre dans le gamma. Et, ce qui est caractéristique, chaque élément chimique émet dans sa propre gamme. Autrement dit, il nous suffit de tenir un spectromètre gamma au-dessus de la surface pour comprendre en quoi il consiste. Nous ne comprenons donc que la composition chimique, pas la composition géologique, mais en la complétant avec des informations, par exemple, à partir de spectromètres infrarouges et de caméras de la gamme visible, nous pouvons obtenir une image plus visuelle.



Ainsi, en utilisant la spectrométrie gamma, les scientifiques ont découvert les concentrations relativement élevées de minerais de thorium, de fer et de titane sur la lune.



En utilisant un tel instrument sur Mars Odyssey, deux régions avec une teneur anormalement élevée en thorium et probablement en minerais d'uranium ont été découvertes sur Mars. Il est fort possible que des processus se soient déjà produits en Afrique, avec la formation d'un réacteur atomique naturel . Certes, d'autres, sur la base des mêmes données, parlent d'une guerre thermonucléaire ... Quoi qu'il en soit, c'est une découverte encourageante, car cela signifie que les centrales nucléaires des futurs colons martiens peuvent travailler sur des matières premières locales.



Détecteurs de neutrons

Contrairement aux particules alpha et bêta, les neutrons cosmiques ne sont pas complètement absorbés par le sol. Certains neutrons sont réfléchis par la surface des corps pierreux, alors qu'ils parviennent à plonger dans le sol d'environ un demi-mètre. En revenant de la surface, les neutrons, en règle générale, se déplacent déjà beaucoup plus lentement, leur vitesse et leur énergie dépendent de ce qu'ils ont traversé dans le sol. Plus précisément, avec leur aide, un seul paramètre est mesuré: la teneur en hydrogène.



L'hydrogène, en raison de la légèreté des atomes, ralentit efficacement les neutrons lors des collisions élastiques, et cette efficacité dépend directement de sa concentration. Dans ce cas, sous forme libre, l'hydrogène dans le sol ne persistera pas, surtout là où la pression atmosphérique tend vers zéro. Pour conserver l'hydrogène dans le sol, il doit être lié au niveau chimique, et l'eau reste le meilleur outil. Ainsi, en survolant la surface et en collectant des données sur les vitesses des neutrons de "décollage", vous pouvez déterminer la teneur approximative en eau du sol. Bien sûr, plus nous volons bas, plus les données seront précises. Jusqu'à présent, les satellites donnent une erreur de plus ou moins cent kilomètres.

C'est avec l'aide des instruments russes LEND et HEND que des données ont été obtenues sur la répartition de l'hydrogène / eau dans les sols de surface de la Lune et de Mars.



Et si les données martiennes ont déjà été confirmées deux fois, alors les données lunaires attendent toujours leur vérification. Sur Mars, le module d'atterrissage Phoenix a atterri dans la région circumpolaire, et où HEND a promis jusqu'à 70% de l'eau dans le sol, une couche de glace d'eau a été trouvée juste sous la poussière. Et dans le cratère Gale, où travaille le rover Curiosity, HEND a promis 5%, dans le sol, la teneur en eau varie de 3% à 5%, et seulement six pour cent d '"oasis" se rencontrent occasionnellement.

Après un tel succès, HEND, son frère DAN était assis juste sur le rover, et maintenant il recueille des données non pas à une hauteur de 300 km, comme son prédécesseur, mais à 0,5 m. Certes, la profondeur de sondage ne dépasse toujours pas 1 mètre, mais la résolution spatiale a augmenté de dizaines de kilomètres en centimètres.



Cependant, malgré le succès des détecteurs de neutrons, il n'y a pas de confiance finale en eux. Les glaciers sur la lune attendent toujours leur découvreur, et les agences spatiales, ainsi que les entreprises privées, accordent de plus en plus d'attention aux pôles de la lune. Bien qu'il y ait une concentration d'humidité, selon les satellites, pas plus de 4%.

Radars Le

sondage des planètes à portée radio a commencé à être effectué depuis la Terre. Le radiotélescope Arecibo, d'un diamètre de 300 mètres, a fourni de nombreuses informations. Par exemple, dans les années 80, il a découvert aux pôles de Mercure chaud, une étrange réflexion qui pourrait donner de la glace d'eau. Les scientifiques ne pouvaient pas croire longtemps que des glaciers pourraient exister sur la planète la plus proche du Soleil. J'ai dû attendre les résultats de la sonde Messenger qui, à l'aide d'un détecteur de neutrons et d'une localisation laser, a pu confirmer la présence de glace.



Arecibo a montré des peintures impressionnantes lors de la super lune de 2013. En utilisant la lune, il est capable de discerner les effets des coulées de lave catastrophiques et des «inondations».



Si vous combinez ces images avec des cartes de la distribution des minéraux obtenues à partir de spectromètres orbitaux, vous pouvez dresser une carte géologique détaillée de la zone, et il est possible de reconstruire l'évolution de la surface. Bien qu'il soit étrange que jusqu'à présent, le satellite avec un radar puissant n'ait pas été envoyé sur la lune.

Mais trois satellites radar ont volé vers Vénus. Il n'y a pas d'autre moyen d'étudier la surface depuis l'orbite de cette planète. «Vénus-15 et -16» a cartographié le pôle Nord dans les années 80, puis, dans les années 90, Magellan a dressé une carte complète.



Maintenant, Cassini est sur une orbite similaire dans l'orbite de Saturne. Ici, le radar est utilisé pour pénétrer l'atmosphère dense de Titan. Au cours de nombreux vols, la station spatiale ouvre progressivement le voile éternel et ouvre à la science ce monde vraiment étonnant, à certains égards incroyablement similaire au terrestre, mais dans quelque chose de très différent.



La prise de vue radar multiple permet non seulement de cartographier, mais également d'observer des processus dynamiques. Ainsi, l'île est apparue mystérieusement puis a disparu a été considérée comme un signe de changements saisonniers en cours. C'était peut-être un iceberg tombant dans la mer de méthane.



D'autres longueurs d'onde et une conception radar différente vous permettent de grimper plus profondément. Dans l'espace, Mars possède deux vaisseaux spatiaux équipés de «sondeurs à écho» qui pénètrent dans la croûte de la planète sur 1 à 3 kilomètres.

Une étude du vaisseau spatial européen Mars Express a permis d'obtenir des informations sur la puissance et la structure de la glace polaire, de distinguer le dioxyde de carbone de la glace d'eau et d'estimer les réserves d'eau.



Son scan a révélé d'anciens cratères d'astéroïdes enfouis par des centaines de mètres de lave volcanique et des accumulations sédimentaires de l'océan Martien dans l'hémisphère nord de la planète. Auparavant, les scientifiques ont noté à plusieurs reprises la différence apparente dans le nombre de cratères de météorites dans les hémisphères sud et nord de Mars, et Mars Express a permis de résoudre l'énigme. Si quelqu'un avait encore de l'espoir pour les Martiens enfouis dans le vide, la sécheresse et le gel dans la «Sion» sous-martienne, alors j'ai de mauvaises nouvelles pour eux ...



L'appareil New Horizons a également des instruments pour la recherche radar, mais les dimensions de l'antenne sont inférieures à celles de nombreux collègues interplanétaires Par conséquent, l'étude se concentrera sur la recherche et l'étude de l'atmosphère.

J'attends avec impatience les résultats de la transmission radar du noyau de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko, qui a été réalisée par Rosetta et Philae sur une paire.

Le radar a même été amené sur la lune. Le "Jade Hare" chinois n'a réussi à marcher qu'une centaine de mètres, mais même là-dessus, il a réussi à obtenir des profils intéressants de la surface lunaire, à une profondeur d'environ quatre cents mètres. À l'avenir, ces informations seront vitales pour la construction d'une station lunaire, d'une base ou d'une colonie.



Spectroscopie alpha-proton

En ce qui concerne l'étude des corps spatiaux par vaisseau spatial, il est presque impossible de se passer de moments de toucher de la spectroscopie de fluorescence X alpha-proton.



Des appareils APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) ont été installés sur tous les rovers de la NASA. APXS est disponible sur le bateau de débarquement Philae sur le noyau de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko. Il y avait un appareil similaire ( RIFMA ) sur les rovers lunaires soviétiques.



Le principe de fonctionnement de la méthode ressemble à la spectroscopie gamma, à l'exception du fait que le capteur a sa propre source de particules chargées (une sorte d'isotope radioactif), principalement des rayons alpha. L'échantillon étudié est irradié par un rayonnement et il commence à briller dans la gamme des rayons X.



De plus, chaque élément chimique brille à sa manière, ce qui permet d'obtenir des spectres de composition élémentaire.



Il ne s'agit pas d'une revue exhaustive des équipements pour l'étude du système solaire. En règle générale, les instruments astrophysiques sont également placés sur des vaisseaux spatiaux interplanétaires pour enregistrer les particules énergétiques, le rayonnement interplanétaire, le plasma et la poussière. Les vols interplanétaires nous permettent également d'étudier l'espace extra-atmosphérique, la relation entre le Soleil, les planètes et le milieu interstellaire, mais c'est une autre histoire.

Source: https://habr.com/ru/post/fr382289/