Bagaimana cara menjelajahi planet dengan bantuan cahaya

Apa yang dibutuhkan untuk studi rinci tentang planet lain, asteroid atau komet?
Untuk memulai, luncurkan pesawat ruang angkasa yang lebih dekat. Dan lengkapi penyelidikan ini dengan instrumen sehingga mereka memberi tahu sebanyak mungkin tentang subjek penelitian, berdasarkan pembatasan volume dan massa. Hari ini kita akan melihat bagaimana seseorang mempelajari tata surya menggunakan cara optik.

Di sekitar Matahari, banyak benda kosmik berputar, yang sangat berbeda satu sama lain. Raksasa gas tidak memiliki permukaan yang solid, dan planet-planet batu memiliki atmosfer dengan kepadatan yang berbeda, dari yang dapat diabaikan hingga superdense. Asteroid adalah batu dan besi, dan komet sangat mengubah aktivitas mereka tergantung pada jarak ke Matahari.



Jelas bahwa untuk mempelajari objek dengan properti yang berbeda akan memerlukan perangkat yang berbeda. Pada saat yang sama, para ilmuwan telah mengumpulkan banyak pengalaman dalam penerapan berbagai jenis metode penelitian, mampu memahami apa yang memberi informasi maksimum yang bermanfaat dengan massa minimum. Sekarang kita dapat mempertimbangkan "set pria" dari penjelajah ruang robot.

Pemotretan yang Terlihat

Mata terus menjadi alat penelitian utama kami, sehingga para astronom di Bumi menginvestasikan miliaran teleskop raksasa, dan kamera khusus diciptakan untuk ruang angkasa. Mereka mencoba membuat kamera ilmiah menjadi dua kali lipat, yaitu. meluncurkan dua kamera: satu sudut lebar, tele kedua. Sudut lebar akan memungkinkan Anda untuk menutupi ruang yang signifikan dengan mata Anda, tetapi semua objek dalam pemotretannya akan kecil. Telefoto adalah "senjata jarak jauh" yang memungkinkan Anda untuk mempertimbangkan detail kecil dari jarak yang cukup jauh.

Prinsip ini dipertahankan baik di ruang angkasa maupun di permukaan planet. Jadi, penjelajah Curiosity Mars memiliki lensa warna sudut lebar 34 mm, dan lensa telefoto sepanjang 100 mm.



Untuk modul orbital, rasio antara panjang dan lebar biasanya jauh lebih besar. Alih-alih lensa telefoto, mereka menggunakan teleskop cermin lengkap.



Teleskop cermin terbesar di luar orbit Bumi sekarang beroperasi di orbit Mars, dan satelit MRO memiliki diameter 50 cm .Kamera HiRise menangkap ketinggian 250-300 km dalam detail fenomenal hingga 26 cm.



Hal ini memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari Mars dan memantau pergerakan penjelajah, dan penggemar. , seperti kita, lakukan arkeologi Mars .

Selain kamera ilmiah, kamera navigasi sering ditempatkan di pesawat ruang angkasa. Mereka memungkinkan operator perangkat untuk menavigasi "di darat" dengan lebih baik dan memilih target untuk kamera ilmiah. Navigasi kamera dapat mencakup sudut pandang yang lebih luas, dan juga dapat dibuat ganda, tetapi sudah untuk meningkatkan keandalan atau untuk pemotretan stereo.



Perbedaan antara kamera ilmiah dan navigasi tidak hanya dalam luasnya sudut pandang. Kamera ilmiah juga dilengkapi dengan filter warna yang dapat dipertukarkan yang memungkinkan Anda untuk menganalisis beberapa karakteristik spektral permukaan objek yang diteliti. Biasanya filter terletak di roda khusus, yang memungkinkan Anda untuk mengubahnya pada sumbu optik kamera.



Secara default, kamera ilmiah memotret dalam rentang pankromatik - mode hitam dan putih, di mana fotomatrix menerima semua cahaya tampak, dan bahkan sedikit tak terlihat - inframerah dekat. Survei semacam itu memungkinkan Anda untuk mendapatkan resolusi tertinggi dan melihat detail terkecil, sehingga sebagian besar gambar dari ruang angkasa hitam dan putih. Meskipun seseorang berpikir bahwa semacam konspirasi terhubung dengan ini.


Dalam mode pankromatik (hitam dan putih), detailnya lebih tinggi.

Gambar berwarna dapat diperoleh dengan memotret beberapa kali dengan filter warna bergantian dengan menggabungkan gambar. Bingkai tunggal yang diambil melalui satu filter warna juga akan menjadi hitam dan putih, sehingga gambar harus digabungkan menjadi tiga. Selain itu, tidak perlu sama sekali, warna yang dihasilkan dalam gambar akan menjadi apa yang akan dilihat mata kita. Untuk penglihatan manusia, dunia terdiri dari kombinasi merah, hijau dan biru. Dan warna "nyata" dari gambar dapat diperoleh dengan menggunakan filter merah, hijau dan biru.


Perbedaan yang aneh dalam reflektifitas permukaan dalam rentang yang berbeda.

Tetapi jika bingkai diambil melalui, misalnya, filter biru, merah dan inframerah, warna gambar akan berubah menjadi "salah", meskipun prinsip-prinsip fisik untuk mendapatkannya persis sama dengan yang asli.



Saat menerbitkan gambar berwarna di situs resmi, mereka menandatangani filter warna mana yang digunakan dalam gambar. Namun di media, foto-foto ini sudah ada tanpa penjelasan. Karena itu, semua jenis spekulasi tentang warna tersembunyi Mars atau bahkan Bulan masih beredar di internet .

Dalam kamera terestrial biasa, memotret melalui filter multi-warna juga digunakan dengan cara yang sama, hanya saja mereka terpaku pada elemen-elemen photomatrix ( filter Bayer ) dan otomasi terlibat dalam pencampuran warna, bukan ilmuwan. Filter Bayers sudah diinstal pada bajak Curiosity, meskipun roda filter terpisah telah disimpan.

Pemotretan inframerah

Mata kita tidak melihat cahaya infra merah, dan kulit melihatnya sebagai panas, meskipun rentang infra merah tidak kurang dari cahaya tampak. Informasi yang disembunyikan dari mata dapat diperoleh oleh kamera inframerah. Bahkan photomatrix yang paling biasa dapat melihat cahaya inframerah dekat (coba, misalnya, lepaskan lampu remote control TV pada smartphone). Untuk mendaftarkan kisaran tengah cahaya inframerah, kamera terpisah ditempatkan pada teknologi ruang angkasa, dengan berbagai jenis sensor. Dan inframerah jauh sudah membutuhkan pendinginan sensor ke minus yang dalam.

Karena daya tembus cahaya inframerah yang lebih tinggi, adalah mungkin untuk melihat lebih dalam baik ke ruang angkasa yang dalam, melalui gas dan debu nebula, dan ke dalam tanah planet dan benda padat lainnya.

Jadi para ilmuwan Venus Express mengamati pergerakan awan di ketinggian sedang di atmosfer Venus.



New Horizons merekam pancaran termal gunung berapi dari satelit Jovian Io.



Pemotretan dalam mode predator digunakan pada Spirit dan Opportunity rover.



Pandangan terhadap Mars Express di kutub Mars menunjukkan perbedaan dalam distribusi karbon dioksida dan es air di atas permukaan es (merah muda - karbon dioksida, es biru - air).



Untuk informasi maksimum, kamera inframerah dilengkapi dengan satu set filter besar, atau spektrometer penuh, yang memungkinkan Anda untuk meletakkan pada spektrum semua cahaya yang dipantulkan dari permukaan. Misalnya, Cakrawala BaruAda sensor inframerah dengan 65,5 ribu elemen pixel yang tersusun dalam 256 baris. Setiap baris “melihat” hanya radiasi dalam kisaran sempitnya, dan sensor beroperasi dalam mode pemindai, mis. kamera dengan dia "dilakukan" di sepanjang objek yang dipelajari.

Seperti yang telah disebutkan, cahaya inframerah adalah panas, jadi pemotretan dalam kisaran ini membuka peluang lain untuk mempelajari benda kosmik padat. Jika Anda mengamati permukaan untuk waktu yang lama dalam proses pemanasan dari sinar matahari di siang hari dan pendinginan di malam hari, Anda dapat melihat bahwa beberapa elemen permukaan cepat memanas dan dingin, sementara beberapa memanas untuk waktu yang lama dan mendinginkan untuk waktu yang lama. Pengamatan ini disebut studi inersia termal. Mereka memungkinkan Anda untuk menentukan karakteristik fisik tanah: longgar, sebagai aturan, dengan mudah mengumpulkan dan dengan mudah mengeluarkan panas, dan padat - memanas untuk waktu yang lama dan menjaga panas untuk waktu yang lama.


Pada peta: merah muda - dengan kelembaman termal rendah, biru - dengan tinggi (mis., Mendingin untuk waktu yang lama).

Pengamatan yang menarik, dalam mode termal, dibuat oleh probe Soviet "Phobos-2". Menembak Mars dalam mode termal, ia melihat strip panjang yang membentang di planet ini.



Pada tahun 90-an, spekulasi mistik diungkapkan dalam pers tentang jejak kondensasi pesawat di atmosfer Mars, tetapi kenyataannya ternyata lebih menarik, meskipun lebih biasa-biasa saja. Ruang termal "Phobos-2" mampu memperbaiki sebidang tanah yang didinginkan, yang melampaui bayangan yang lewat dari satelit Mars-Phobos.

Ada kesalahan. Sebagai contoh, dengan memeriksa kawah Gale dari satelit Mars Odyssey, para ilmuwan menentukan wilayah dengan inersia termal yang tinggi, tidak jauh dari penjelajah Curiosity yang penasaran. Mereka berharap menemukan batuan padat, dan batuan tanah liat dengan kadar air yang relatif tinggi hingga 6% ditemukan. Ternyata alasan untuk inersia termal yang tinggi adalah air, bukan batu.

Fotografi UV



Dengan bantuan sinar ultraviolet, mereka mempelajari komponen gas tata surya, dan seluruh alam semesta. Spektrometer ultraviolet dipasang pada teleskop Hubble, dan dengan bantuannya dimungkinkan untuk menentukan distribusi air di atmosfer Jupiter atau untuk mendeteksi emisi dari samudra subglacial dari satelit Eropa-nya .



Dalam ultraviolet, hampir semua atmosfer planet dipelajari, bahkan yang tidak ada. Spektrometer ultraviolet yang kuat dari probe MAVEN memungkinkan untuk melihat hidrogen dan oksigen di sekitar Mars pada jarak yang cukup jauh dari permukaan. Itu lihat bagaimana, bahkan sekarang, pelepasan gas dari atmosfer Mars berlanjut, dan semakin ringan gasnya, semakin kuat itu.



Hidrogen dan oksigen di atmosfer Mars diperoleh dengan disosiasi fotokimia (pemisahan) molekul air menjadi komponen di bawah aksi radiasi matahari, dan air di Mars menguap dari tanah. Itu MAVEN mengizinkan kami untuk menjawab pertanyaan mengapa Mars sekarang kering, meskipun dulu ada samudera , danau, dan sungai.

Probe ultraviolet Mariner-10 mampu mengungkapkan detail awan Venus, melihat struktur berbentuk arus turbulen berbentuk V, dan menentukan kecepatan angin.



Cara yang lebih canggih untuk mempelajari atmosfer adalah melalui cahaya. Untuk melakukan ini, objek yang dipelajari ditempatkan di antara sumber cahaya dan spektrometer pesawat ruang angkasa. Jadi Anda dapat menentukan komposisi atmosfer dengan mengevaluasi perbedaan dalam spektrum sumber cahaya sebelum dan sesudah atmosfer ditutup.



Dengan demikian, dimungkinkan untuk menentukan tidak hanya kandungan gas di atmosfer, tetapi juga perkiraan komposisi debu, jika ia juga menyerap bagian cahaya.


Perlu dicatat bahwa Rusia bukan yang terakhir dalam hal penelitian antarplanet spektroskopi. Dengan partisipasi Lembaga Penelitian Luar Angkasa dari Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia, spektrometer inframerah OMEGA Eropa untuk Mars Express telah dibuat; pada peralatan yang sama adalah hasil kerja sama ilmuwan Rusia, Belgia dan Perancis - spektrometer inframerah dan ultraviolet SPICAM; Bersama-sama dengan orang Italia, spesialis IKI RAS mengembangkan perangkat PFS. Serangkaian instrumen serupa dipasang pada peralatan Venus Express, yang menyelesaikan misinya pada akhir 2014. Seperti yang dapat kita lihat, cahaya memberi kita sejumlah besar informasi tentang tata surya, Anda hanya perlu dapat melihat dan melihat, tetapi ada cara lain yang terkait dengan nuklir dan radiofisika. Dan ini adalah topik untuk ulasan selanjutnya.

Source: https://habr.com/ru/post/id382049/