Co je potřeba pro podrobné studium jiné planety, asteroidu nebo komety?
Nejprve vypusťte kosmickou loď blíže. A vybavit tuto sondu nástroji tak, aby co nejvíce vyprávěly o předmětu studie na základě omezení objemu a hmotnosti. Dnes uvidíme, jak člověk studuje sluneční soustavu pomocí optických prostředků.
Kolem Slunce se točí mnoho kosmických těl, která se od sebe velmi liší. Plynoví obři nemají pevný povrch a skalnaté planety mají atmosféru různých hustot, od zanedbatelných po superdense. Asteroidy jsou kámen, železo a komety výrazně mění jejich aktivitu v závislosti na vzdálenosti od Slunce.
Je zřejmé, že ke studiu objektů s různými vlastnostmi budou zapotřebí různé nástroje. Zároveň vědci již nashromáždili značné zkušenosti s aplikací mnoha typů výzkumných metod, byli schopni porozumět tomu, co poskytuje maximum užitečných informací s minimální hmotností. Nyní se můžeme podívat na takovou „gentlemanskou sadu“robotického průzkumníka vesmíru.
Fotografování ve viditelném dosahu
Oči jsou i nadále naším hlavním výzkumným nástrojem, a proto astronomové na Zemi investují miliardy do obřích dalekohledů a pro vesmír se vytvářejí speciální kamery. Snaží se zdvojnásobit vědeckou komoru, tzn. vypustit dvě kamery: jeden širokoúhlý, druhý s dlouhým zaostřením. Široký úhel vám umožní zachytit velké oblasti očima, ale všechny objekty v něm budou malé. Dlouho ohnisková zbraň je „zbraň dlouhého doletu“, která umožňuje prohlížet jemné detaily ze značné vzdálenosti.
Propagační video:
Tento princip platí jak v prostoru, tak na povrchu planet. Rover Curiosity má tedy širokoúhlý barevný objektiv 34 mm a objektiv s dlouhým zaostřením - 100 mm.
U orbitálních modulů je poměr mezi dlouhými a širokými obvykle mnohem významnější. Místo objektivu s dlouhým ohniskem je nainstalován plnohodnotný zrcadlový dalekohled.
Největší zrcadlový dalekohled mimo orbitu Země nyní pracuje na oběžné dráze Marsu s družicí MRO - průměr 50 cm. Kamera HiRise zachycuje výšky 250 až 300 km ve fenomenálních detailech až 26 cm.
To umožňuje vědcům studovat Mars a sledovat pohyb roverů a nadšenci, jako jsme my, dělat marťanskou archeologii.
Kromě vědeckých kamer jsou kosmické lodě často vybaveny navigačními kamerami. Umožňují operátorům lépe se orientovat „na zemi“a zvolit si cíle pro vědecké kamery. Navigační kamery mohou pokrýt ještě větší pozorovací úhly a mohou být také vytvořeny dvojitě, ale pro zvýšení spolehlivosti nebo pro stereofonní fotografování.
Rozdíl mezi vědeckými a navigačními kamerami není jen v šířce pozorovacího úhlu. Vědecké kamery jsou také vybaveny výměnnými barevnými filtry, které vám umožňují analyzovat některé spektrální charakteristiky povrchu sledovaných objektů. Filtry jsou obvykle umístěny na speciálním kolečku, které vám umožňuje měnit je na optické ose fotoaparátu.
Ve výchozím stavu vědecké fotoaparáty střílí v panchromatickém rozsahu - v černobílém režimu, ve kterém fotomatrix přijímá veškeré viditelné světlo, a dokonce i mírně neviditelné - v blízkosti infračerveného záření. Tento druh fotografování vám umožní získat nejvyšší rozlišení a zobrazit ty nejjemnější detaily, proto je většina snímků z vesmíru černobílá. Ačkoli si někdo myslí, že s tím je spojeno nějaké spiknutí.
V panchromatickém (černobílém) režimu je detail vyšší.
Barevné snímky lze získat opakovaným snímáním pomocí střídavých barevných filtrů kombinací snímků. Jeden snímek pořízený s jedním barevným filtrem bude také černobílý, takže je třeba obrázky kombinovat po třech. A není to vůbec nutné, výsledná barva v obrázku bude to, co naše oči uvidí. Pro lidské vidění se svět skládá z kombinace červené, zelené a modré. A „skutečnou“barvu obrázku lze získat pomocí červených, zelených a modrých filtrů.
Zvědavý je rozdíl povrchové odrazivosti v různých rozsazích.
Pokud jsou však rámečky vytvořeny například pomocí modrých, červených a infračervených filtrů, pak se barva obrazu ukáže jako „nepravdivá“, i když fyzikální principy jeho příjmu jsou přesně stejné jako skutečné.
Při publikování barevných obrázků na oficiálních webech podepisují, které barevné filtry se v obrázku používají. Tyto fotografie se však objevují v médiích bez jakéhokoli vysvětlení. Proto na internetu stále kolují nejrůznější spekulace o skryté barvě Marsu nebo dokonce Měsíce.
V běžných pozemských kamerách se střílení pomocí vícebarevných filtrů používá stejným způsobem, pouze jsou přilepeny k prvkům fotografické matrice (Bayerův filtr) a automatika, nikoli vědci, se zabývá redukcí barev. Rover zvědavosti již nainstaloval filtry Bayer, přestože bylo zachováno samostatné kolo filtru.
Infračervené fotografování
Naše oči nevidí infračervené světlo, ale pokožka to vnímá jako teplo, i když infračervený dosah není menší než viditelné světlo. Informace skryté před okem lze získat pomocí infračervených kamer. I nejběžnější fotografické senzory mohou vidět blízké infračervené světlo (zkuste například fotografovat světlo dálkového ovládání televizoru pomocí smartphonu). Pro registraci středního rozsahu infračerveného světla jsou do kosmické technologie umístěny samostatné kamery s jiným typem senzorů. A daleko infračervené již vyžaduje ochlazení senzorů do hloubky minus.
Díky vyšší penetrační síle infračerveného světla je možné nahlédnout hlouběji do hlubokého vesmíru, přes plynové a prachové mlhoviny a do půdy planet a jiných pevných látek.
Vědci Venus Express tak pozorovali pohyb mraků ve středních výškách v atmosféře Venuše.
New Horizons zaznamenali tepelnou záři sopek na Jupiterově měsíci Io.
Průzkum predátorského režimu byl použit u roverů Spirit a Opportunity.
Pohled společnosti Mars Express na póly Marsu ukázal rozdíl v distribuci oxidu uhličitého a vodního ledu po povrchu ledových čepic (růžový - oxid uhličitý, modrý - vodní led).
Pro získání maximálních informací jsou infračervené kamery vybaveny velkou sadou filtrů nebo plnohodnotným spektrometrem, který umožňuje rozložit veškeré světlo odrazené od povrchu na spektrum. Například New Horizons má infračervený senzor s prvky 65,5 tisíc pixelů uspořádanými do 256 řádků. Každá řádka „vidí“pouze záření ve svém úzkém rozsahu a senzor pracuje v režimu skeneru, tj. kamera s ním je „vedena“přes studovaný objekt.
Jak již bylo zmíněno, infračervené světlo je teplo, takže střelba v této oblasti otevírá další příležitost pro objevování pevných těles ve vesmíru. Pokud pozorujete povrch po dlouhou dobu v procesu zahřívání ze slunečních paprsků ve dne a chlazení v noci, můžete vidět, že některé povrchové prvky se rychle zahřívají a ochladzují, některé se zahřívají po dlouhou dobu a chladí se po dlouhou dobu. Tato pozorování se nazývají studie tepelné setrvačnosti. Umožňují určit fyzikální vlastnosti půdy: uvolněné zpravidla snadno získává a snadno vydává teplo a hustá - zahřívá se po dlouhou dobu a udržuje teplo po dlouhou dobu.
Na mapě: růžová - s nízkou tepelnou setrvačností, modrá - s vysokým (tj. ochlazuje se po dlouhou dobu).
Zajímavé pozorování, v tepelném režimu, bylo provedeno sovětskou sondou "Phobos-2". Při fotografování Marsu v tepelném režimu si všiml dlouhého pruhu, který se táhne přes planetu.
V 90. letech tisk vyjádřil mystické spekulace o kondenzační stopě letadla v atmosféře Marsu, ale realita se ukázala být zajímavější, byť prozaičtější. Termální kamera „Phobos-2“dokázala zaznamenat proužek chlazené půdy, který se táhne za procházející stín satelitu Marsu - Phobos.
Existují také chyby. Například při zkoumání kráteru Gale ze satelitu Mars Odyssey vědci identifikovali oblast s vysokou tepelnou setrvačností poblíž přistávaného roveru zvědavosti. Tam očekávali, že najdou hustou horninu, ale našli jílové horniny s relativně vysokým obsahem vody - až 6%. Ukázalo se, že důvodem vysoké tepelné setrvačnosti byla voda, ne kámen.
Ultrafialové fotografování
Pomocí ultrafialového záření studují plynnou složku sluneční soustavy a celý vesmír. Ultrafialový spektrometr je nainstalován na Hubbleově dalekohledu a jeho pomocí bylo možné určit distribuci vody v atmosféře Jupiteru nebo detekovat emise z subglaciálního oceánu jeho satelitu Europa.
Téměř všechny planetární atmosféry byly studovány v ultrafialovém světle, dokonce i ty, které prakticky chybí. Výkonný ultrafialový spektrometr sondy MAVEN umožnil vidět vodík a kyslík obklopující Mars ve značné vzdálenosti od povrchu. Ty. abych viděl, jak i nyní, odpařování plynů z atmosféry Marsu pokračuje, a čím lehčí je plyn, tím intenzivnější se to stane.
Vodík a kyslík v atmosféře Marsu se získávají fotochemickou disociací (separací) molekul vody na složky pod vlivem slunečního záření a voda na Marsu se z půdy vypařuje. Ty. MAVEN umožnil odpovědět na otázku, proč je Mars nyní suchý, i když kdysi existoval oceán, jezera a řeky.
Sonda Mariner-10 v ultrafialovém světle byla schopna odhalit podrobnosti o Venušinských oblacích, vidět strukturu turbulentních toků ve tvaru písmene V a určit rychlost větru.
Sofistikovanější způsob studia atmosféry je světlo. Za tímto účelem je studovaný objekt umístěn mezi světelný zdroj a spektrometr kosmické lodi. Takto můžete určit složení atmosféry vyhodnocením rozdílu ve spektru světelného zdroje před a po pokrytí atmosférou.
Je tedy možné stanovit nejen obsah plynů v atmosféře, ale také přibližné složení prachu, pokud také absorbuje část světla.
Je třeba poznamenat, že pokud jde o spektroskopický meziplanetární výzkum, Rusko není poslední. Za účasti Institutu pro výzkum vesmíru Ruské akademie věd byl pro Mars Express vytvořen evropský infračervený spektrometr OMEGA; na stejném přístroji je výsledkem společné práce ruských, belgických a francouzských vědců - infračervený a ultrafialový spektrometr SPICAM; společně s Italové vyvinuli odborníci z IKI RAS zařízení PFS. Podobná sada nástrojů byla instalována na Venus Express, který dokončil svou misi na konci roku 2014.
Jak vidíte, světlo nám poskytuje značné množství informací o sluneční soustavě, stačí se jen dívat a vidět, ale s jadernou a radiofyzikou jsou již spojeny další prostředky. A to je téma pro další recenzi.