¿Qué se necesita para un estudio detallado de otro planeta, asteroide o cometa?
Primero, lanza una nave espacial más cerca. Y equipar esta sonda con instrumentos para que cuenten lo máximo posible sobre el tema de estudio, en base a las restricciones de volumen y masa. Hoy veremos cómo una persona estudia el sistema solar utilizando medios ópticos.
Muchos cuerpos cósmicos giran alrededor del Sol, que son muy diferentes entre sí. Los gigantes gaseosos no tienen una superficie sólida y los planetas rocosos tienen atmósferas de diferentes densidades, desde insignificantes hasta superdensas. Los asteroides son piedras y hay hierro, y los cometas cambian mucho su actividad dependiendo de la distancia al Sol.
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Está claro que se requerirán diferentes instrumentos para estudiar objetos con diferentes propiedades. Al mismo tiempo, los científicos ya han acumulado una experiencia considerable en la aplicación de muchos tipos de métodos de investigación, pudieron comprender qué proporciona el máximo de información útil con una masa mínima. Ahora podemos ver un "conjunto de caballeros" de explorador espacial robótico.
Disparar en el rango visible
Los ojos continúan siendo nuestro principal instrumento de investigación, razón por la cual los astrónomos de la Tierra están invirtiendo miles de millones en telescopios gigantes y se están creando cámaras especiales para el espacio. Intentan hacer una cámara científica doble, es decir Lanzamiento de dos cámaras: una gran angular, la segunda de enfoque largo. El gran angular le permitirá capturar grandes áreas con sus ojos, pero todos los objetos que contenga serán pequeños. El de focal larga es un "arma de largo alcance" que le permite ver detalles finos desde una distancia considerable.
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Este principio es válido tanto en el espacio como en la superficie de los planetas. Entonces, el rover Curiosity tiene una lente de color gran angular de 34 mm y una lente de enfoque largo: 100 mm.
Para los módulos orbitales, la relación entre largo y ancho suele ser mucho más significativa. En lugar de una lente de enfoque largo, se instala un telescopio de espejo completo.
El telescopio de espejo más grande fuera de la órbita de la Tierra ahora está trabajando en órbita en Marte, con el satélite MRO - 50 cm de diámetro. La cámara HiRise captura alturas de 250-300 km con un detalle fenomenal hasta 26 cm.
Esto permite a los científicos estudiar Marte y seguir el movimiento de los rovers, y a entusiastas como nosotros hacer arqueología marciana.
Además de las cámaras científicas, las naves espaciales suelen estar equipadas con cámaras de navegación. Permiten a los operadores orientarse 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 para una mayor fiabilidad o para fotografía estéreo.
La diferencia entre las cámaras científicas y de navegación no está solo en el ancho del ángulo de visión. Las cámaras científicas también están equipadas con filtros de color reemplazables que le permiten analizar algunas de las características espectrales de la superficie de los objetos en estudio. Los filtros suelen estar ubicados en una rueda especial que le permite cambiarlos en el eje óptico de la cámara.
De forma predeterminada, las cámaras científicas disparan en rango pancromático, modo blanco y negro, en el que la matriz fotográfica recibe toda la luz visible, e incluso ligeramente invisible, infrarrojo cercano. Este tipo de disparo le permite obtener la resolución más alta y ver los detalles más finos, razón por la cual la mayoría de las imágenes del espacio son en blanco y negro. Aunque alguien piense que algún tipo de conspiración está relacionada con esto.
En el modo pancromático (blanco y negro), el detalle es mayor.
Las imágenes en color se pueden obtener disparando repetidamente con filtros de color alternos combinando las imágenes. Un solo fotograma tomado con un filtro de color también será en blanco y negro, por lo que las imágenes deben combinarse de tres en tres. Y no es del todo necesario, el color resultante en la imagen será el que verían nuestros ojos. Para la visión humana, el mundo se compone de combinaciones de rojo, verde y azul. Y el color "real" de la imagen se puede obtener utilizando filtros rojo, verde y azul.
Curiosa es la diferencia en la reflectividad de la superficie en diferentes rangos.
Pero si los marcos se hacen a través de, por ejemplo, filtros azul, rojo e infrarrojo, entonces el color de la imagen resultará "falso", aunque los principios físicos de su recepción sean exactamente los mismos que los reales.
Al publicar imágenes en color en sitios web oficiales, firman qué filtros de color se utilizan en la imagen. Pero estas fotos aparecen en los medios sin explicación alguna. Por lo tanto, todo tipo de especulaciones sobre el color oculto de Marte o incluso la Luna siguen circulando en Internet.
En las cámaras terrestres ordinarias, el disparo a través de filtros multicolores se usa de la misma manera, solo que están pegados a los elementos de la matriz fotográfica (filtro Bayer) y las automáticas, no los científicos, se dedican a la reducción del color. El rover Curiosity ya ha instalado filtros Bayer, aunque se ha conservado una rueda de filtros separada.
Disparo por infrarrojos
Nuestros ojos no ven la luz infrarroja y la piel la percibe como calor, aunque el rango infrarrojo no es menor que la luz visible. La información oculta al ojo se puede obtener mediante cámaras de infrarrojos. Incluso los fotosensores más comunes pueden ver la luz del infrarrojo cercano (intente, por ejemplo, disparar la luz del control remoto del televisor con un teléfono inteligente). Para registrar el rango medio de luz infrarroja, se colocan cámaras separadas con un tipo diferente de sensores en tecnología espacial. Y el infrarrojo lejano ya requiere enfriar los sensores a un profundo negativo.
Debido al mayor poder de penetración de la luz infrarroja, es posible mirar más profundamente en el espacio profundo, a través de nebulosas de gas y polvo, y en el suelo de los planetas y otros sólidos.
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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 en la luna Io de Júpiter.
La encuesta en modo depredador se utilizó en los rovers Spirit y Opportunity.
La vista de Mars Express de 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 descomponer toda la luz reflejada desde la superficie en un espectro. Por ejemplo, New Horizons tiene un sensor de infrarrojos con 65,5 mil elementos de píxeles dispuestos en 256 líneas. Cada línea "ve" solo radiación en su rango estrecho, y el sensor opera en el modo de escáner, es decir, la cámara con él es “guiada” sobre el objeto en estudio.
Como ya se mencionó, la luz infrarroja es calor, por lo que disparar en este rango abre otra oportunidad para explorar cuerpos sólidos en el espacio. Si observa la superficie durante mucho tiempo en el proceso de calentamiento por la luz solar durante el día y enfriado por la noche, puede ver que algunos elementos de la superficie se calientan y enfrían rápidamente, y 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, gana fácilmente y emite calor fácilmente, y denso: se calienta durante mucho tiempo y mantiene el calor durante mucho tiempo.
En el mapa: rosa y mdash; con baja inercia térmica, azul y mdash; con alto (es decir, se enfría durante mucho tiempo).
Una observación interesante, en modo térmico, fue realizada por la sonda soviética "Phobos-2". Mientras fotografiaba Marte en modo térmico, notó una franja larga que se extiende por todo el planeta.
En los años 90, la prensa expresó especulaciones místicas sobre un rastro de condensación de aviones en la atmósfera de Marte, pero la realidad resultó ser más interesante, aunque más prosaica. La cámara térmica "Phobos-2" fue capaz de grabar una franja de suelo enfriado, que se extiende detrás de la sombra pasajera del satélite de Marte - Phobos.
También hay errores. Por ejemplo, mientras exploraban el cráter Gale desde el satélite Mars Odyssey, los científicos identificaron un área con alta inercia térmica, cerca del rover Curiosity aterrizado. Allí esperaban encontrar rocas densas, pero encontraron rocas arcillosas con un contenido de agua relativamente alto, hasta un 6%. Resultó que la razón de la alta inercia térmica era el agua, no la piedra.
Disparo ultravioleta
Con la ayuda de la radiación ultravioleta, estudian el componente gaseoso del sistema solar y todo el Universo. El espectrómetro ultravioleta está instalado en el telescopio Hubble, y con su ayuda fue posible determinar la distribución del agua en la atmósfera de Júpiter o detectar emisiones del océano subglacial de su satélite Europa.
Casi todas las atmósferas planetarias se estudiaron con luz ultravioleta, incluso aquellas que están prácticamente ausentes. El potente espectrómetro ultravioleta de la sonda MAVEN hizo posible ver el hidrógeno y el oxígeno que rodeaban a Marte a una distancia considerable de la superficie. Aquellos. para ver cómo, incluso ahora, continúa la evaporación de gases de la atmósfera de Marte, y cuanto más ligero es el gas, más intenso ocurre.
El hidrógeno y el oxígeno de la atmósfera de Marte se obtienen por disociación fotoquímica (separación) de moléculas de agua en componentes bajo la influencia de la radiación solar, y el agua de Marte se evapora del suelo. Aquellos. MAVEN hizo posible responder a la pregunta de por qué Marte ahora está seco, aunque alguna vez hubo un océano, lagos y ríos.
La sonda Mariner-10 en luz ultravioleta 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 mediante la luz. Para ello, el objeto en estudio 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 de ser cubierta por la atmósfera.
Así, es posible determinar no solo el contenido de gases en la atmósfera, sino también la composición aproximada del polvo, si también absorbe parte de la luz.
Cabe señalar que en términos de investigación interplanetaria espectroscópica, Rusia no es la última. Con la participación del Instituto de Investigaciones Espaciales 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: espectrómetro de infrarrojos 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 Venus Express, que completó su misión a fines 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 existen otros medios ya asociados con la nuclear y la radiofísica. Y este es un tema para la próxima revisión.
