Apa yang diperlukan untuk kajian terperinci planet lain, asteroid atau komet?
Pertama, lancarkan kapal angkasa lebih dekat. Dan lengkapkan penyiasat ini dengan instrumen sehingga mereka memberitahu sebanyak mungkin mengenai subjek kajian, berdasarkan sekatan jumlah dan jisim. Hari ini kita akan melihat bagaimana seseorang mengkaji sistem suria menggunakan kaedah optik.
Banyak badan kosmik berputar di sekitar Matahari, yang sangat berbeza antara satu sama lain. Raksasa gas tidak mempunyai permukaan yang padat, dan planet berbatu mempunyai atmosfera dengan ketumpatan yang berbeza, dari yang boleh diabaikan hingga yang padat. Asteroid adalah batu, dan ada besi, dan komet sangat mengubah aktiviti mereka bergantung pada jarak ke Matahari.
Jelas bahawa instrumen yang berbeza diperlukan untuk mengkaji objek dengan sifat yang berbeza. Pada masa yang sama, para saintis telah mengumpulkan banyak pengalaman dalam penerapan banyak jenis metode penelitian, mereka dapat memahami apa yang memberikan maksimum maklumat berguna dengan jumlah minimum. Sekarang kita dapat melihat "set lelaki" penjelajah ruang robot.
Menembak dalam jarak yang kelihatan
Mata terus menjadi instrumen penyelidikan utama kami, itulah sebabnya para astronom di Bumi melaburkan berbilion-bilion teleskop gergasi, dan kamera khas dibuat untuk ruang angkasa. Mereka cuba menjadikan ruang ilmiah berganda, iaitu melancarkan dua kamera: satu sudut lebar, fokus panjang kedua. Sudut lebar akan membolehkan anda menangkap kawasan yang luas dengan mata anda, tetapi semua objek di dalamnya akan kecil. Fokus panjang adalah "senjata jarak jauh" yang membolehkan anda melihat perincian halus dari jarak yang cukup jauh.
Video promosi:
Prinsip ini berlaku baik di angkasa dan di permukaan planet. Jadi, Curiosity rover mempunyai lensa warna sudut lebar 34 mm, dan lensa fokus panjang - 100 mm.
Untuk modul orbit, nisbah antara panjang dan lebar biasanya jauh lebih ketara. Daripada lensa fokus panjang, teleskop cermin penuh dipasang.
Teleskop cermin terbesar di luar orbit Bumi kini berfungsi di orbit di Marikh, dengan satelit MRO - diameter 50 cm. Kamera HiRise menangkap ketinggian 250-300 km dengan perincian fenomenal hingga 26 cm.
Ini membolehkan para saintis mengkaji Marikh dan mengesan pergerakan penelusur, dan peminat seperti kita melakukan arkeologi Martian.
Selain kamera saintifik, kapal angkasa sering dilengkapi dengan kamera navigasi. Mereka membenarkan pengendali untuk mengorientasikan diri mereka dengan lebih baik "di lapangan" dan memilih sasaran untuk kamera saintifik. Kamera navigasi dapat merangkumi sudut tontonan yang lebih luas, dan juga dapat dibuat berganda, tetapi untuk peningkatan kebolehpercayaan atau untuk fotografi stereo.
Perbezaan antara kamera ilmiah dan navigasi bukan hanya pada sudut sudut pandangan. Kamera saintifik juga dilengkapi dengan penapis warna yang boleh diganti yang membolehkan anda menganalisis beberapa ciri spektrum permukaan objek yang sedang dikaji. Penapis biasanya terletak di roda khas yang membolehkan anda menukarnya pada paksi optik kamera.
Secara lalai, kamera ilmiah merakam dalam jarak panorama - mod hitam putih, di mana matriks foto menerima semua cahaya yang dapat dilihat, dan bahkan sedikit tidak dapat dilihat - dekat inframerah. Penggambaran seperti ini membolehkan anda mendapatkan resolusi tertinggi dan melihat perincian terbaik, sebab itulah kebanyakan gambar dari ruang angkasa berwarna hitam dan putih. Walaupun seseorang berpendapat bahawa semacam konspirasi berkaitan dengan ini.
Dalam mod panchromatic (hitam dan putih), perinciannya lebih tinggi.
Gambar warna dapat diperoleh dengan mengambil gambar berulang kali dengan penapis warna bergantian dengan menggabungkan gambar. Bingkai tunggal yang diambil dengan penapis satu warna juga akan berwarna hitam dan putih, jadi gambar perlu digabungkan tiga pada satu masa. Dan sama sekali tidak perlu, warna yang dihasilkan dalam gambar akan menjadi seperti yang dilihat oleh mata kita. Untuk penglihatan manusia, dunia terdiri daripada kombinasi warna merah, hijau dan biru. Dan warna "sebenar" gambar boleh didapati dengan menggunakan penapis merah, hijau dan biru.
Penasaran adalah perbezaan reflektif permukaan dalam julat yang berbeza.
Tetapi jika bingkai dibuat melalui, misalnya, penapis biru, merah dan inframerah, maka warna gambar akan berubah menjadi "palsu", walaupun prinsip fizikal penerimaannya sama persis dengan yang sebenarnya.
Semasa menerbitkan gambar warna di laman web rasmi, mereka menandakan penapis warna mana yang digunakan dalam gambar. Tetapi foto-foto ini muncul di media tanpa penjelasan. Oleh itu, pelbagai spekulasi mengenai warna Mars yang tersembunyi atau bahkan Bulan masih beredar di Internet.
Dalam kamera terestrial biasa, pemotretan melalui penapis pelbagai warna digunakan dengan cara yang sama, hanya kamera yang terpaku pada elemen matriks fotografi (penapis Bayer) dan automatik, bukan saintis, terlibat dalam pengurangan warna. The Curiosity rover telah memasang penapis Bayer, walaupun roda penapis yang terpisah telah dijaga.
Pengambaran inframerah
Mata kita tidak melihat cahaya inframerah, dan kulit melihatnya sebagai panas, walaupun jarak inframerah tidak kurang dari cahaya yang dapat dilihat. Maklumat yang disembunyikan dari mata dapat diperoleh dengan kamera inframerah. Bahkan sensor foto yang paling biasa dapat melihat cahaya inframerah dekat (cuba, misalnya, merakam cahaya alat kawalan jauh TV dengan telefon pintar). Untuk mendaftarkan jarak tengah cahaya inframerah, kamera yang terpisah dengan jenis sensor yang berbeza diletakkan pada teknologi ruang angkasa. Dan inframerah jauh memerlukan pendinginan sensor hingga minus.
Oleh kerana daya penembusan cahaya inframerah yang lebih tinggi, kita dapat melihat lebih jauh ke ruang dalam, melalui nebula gas dan debu, dan ke tanah planet dan pepejal lain.
Oleh itu saintis Venus Express memerhatikan pergerakan awan pada ketinggian sederhana di atmosfer Venus.
New Horizons merakam cahaya termal dari gunung berapi di bulan Musytari Io.
Tinjauan mod pemangsa digunakan pada peninjau Roh dan Peluang.
Pandangan Mars Express mengenai kutub Mars menunjukkan perbezaan dalam penyaluran karbon dioksida dan ais air di atas permukaan penutup ais (merah jambu - karbon dioksida, ais air biru).
Untuk mendapatkan maklumat maksimum, kamera inframerah dilengkapi dengan sekumpulan besar penapis, atau spektrometer penuh, yang membolehkan anda menguraikan semua cahaya yang dipantulkan dari permukaan menjadi spektrum. Sebagai contoh, New Horizons mempunyai sensor inframerah dengan elemen 65.5 ribu piksel yang disusun dalam 256 baris. Setiap baris "melihat" hanya radiasi dalam jarak sempitnya, dan sensor beroperasi dalam mod pengimbas, iaitu. kamera bersamanya "dipandu" ke atas objek yang sedang dikaji.
Seperti yang telah disebutkan, cahaya inframerah adalah panas, jadi pemotretan dalam jarak ini membuka peluang lain untuk menjelajahi badan padat di angkasa. Sekiranya anda memerhatikan permukaan untuk waktu yang lama dalam proses pemanasan dari cahaya matahari pada waktu siang dan menyejukkan pada waktu malam, anda dapat melihat bahawa beberapa elemen permukaan dengan cepat menjadi panas dan menyejuk, dan ada yang memanaskan untuk waktu yang lama dan menyejuk untuk waktu yang lama. Pemerhatian ini dipanggil kajian inersia termal. Mereka membolehkan anda menentukan ciri-ciri fizikal tanah: longgar, sebagai peraturan, mudah memperoleh dan mudah mengeluarkan haba, dan padat - memanas untuk waktu yang lama dan menyimpan panas untuk waktu yang lama.
Di peta: merah jambu - dengan inersia terma rendah, biru - dengan tinggi (iaitu menyejuk untuk masa yang lama).
Pemerhatian yang menarik, dalam mod termal, dibuat oleh siasatan Soviet "Phobos-2". Semasa memotret Marikh dalam mod termal, dia melihat jalur panjang yang membentang di seluruh planet ini.
Pada tahun 90-an, media menyatakan spekulasi mistik mengenai jejak pemeluwapan pesawat di atmosfer Mars, tetapi kenyataannya ternyata lebih menarik, walaupun lebih bersifat prosa. Kamera termal "Phobos-2" dapat merakam sebidang tanah yang disejukkan, yang terbentang di balik bayangan satelit Mars - Phobos yang lewat.
Terdapat juga kesilapan. Sebagai contoh, semasa menjelajah Kawah Gale dari satelit Mars Odyssey, para saintis mengenal pasti kawasan yang mempunyai inersia terma yang tinggi, berhampiran rover Curiosity yang mendarat. Di sana mereka menjumpai batu yang padat, tetapi mereka menjumpai batu-batu tanah liat dengan kandungan air yang agak tinggi - hingga 6%. Ternyata alasan bagi inersia terma yang tinggi adalah air, bukan batu.
Pemotretan ultraviolet
Dengan bantuan sinaran ultraviolet, mereka mengkaji komponen gas dari sistem suria, dan seluruh Alam Semesta. Spektrometer ultraviolet dipasang di teleskop Hubble, dan dengan pertolongannya memungkinkan untuk menentukan penyebaran air di atmosfer Musytari atau mengesan pelepasan dari lautan subglasial satelitnya Europa.
Hampir semua atmosfer planet dipelajari dalam cahaya ultraviolet, bahkan atmosfer yang hampir tidak ada. Spektrometer ultraviolet yang kuat dari probe MAVEN memungkinkan untuk melihat hidrogen dan oksigen yang mengelilingi Marikh pada jarak yang cukup jauh dari permukaan. Mereka. untuk melihat bagaimana, walaupun sekarang, penyejatan gas dari atmosfer Marikh berterusan, dan semakin ringan gas, semakin kuat kejadian ini.
Hidrogen dan oksigen di atmosfer Marikh diperoleh dengan pemisahan fotokimia (pemisahan) molekul air menjadi komponen di bawah pengaruh sinaran matahari, dan air di Mars menguap dari tanah. Mereka. MAVEN memungkinkan untuk menjawab persoalan mengapa Mars sekarang kering, walaupun pernah ada lautan, tasik dan sungai.
Probe Mariner-10 dalam cahaya ultraviolet dapat mendedahkan perincian awan Venus, melihat struktur aliran bergelora berbentuk V, dan menentukan kelajuan angin.
Kaedah yang lebih canggih untuk mempelajari suasana adalah dengan cahaya. Untuk ini, objek yang diteliti diletakkan di antara sumber cahaya dan spektrometer kapal angkasa. Oleh itu, anda dapat menentukan komposisi atmosfera dengan menilai perbezaan spektrum sumber cahaya sebelum dan selepas ia diliputi oleh atmosfera.
Oleh itu, adalah mungkin untuk menentukan bukan sahaja kandungan gas di atmosfer, tetapi juga komposisi debu yang hampir, jika juga menyerap sebahagian cahaya.
Harus diingat bahawa dari segi penyelidikan antarplanet spektroskopi, Rusia bukanlah yang terakhir. Dengan penyertaan Institut Penyelidikan Angkasa Akademi Sains Rusia, spektrometer inframerah Eropah OMEGA dibuat untuk Mars Express; pada alat yang sama adalah hasil kerja bersama saintis Rusia, Belgia dan Perancis - spektrometer inframerah dan ultraviolet SPICAM; bersama-sama dengan orang Itali, pakar dari IKI RAS mengembangkan peranti PFS. Satu set instrumen serupa dipasang di Venus Express, yang menyelesaikan misinya pada akhir tahun 2014.
Seperti yang anda lihat, cahaya memberi kita sejumlah besar maklumat mengenai sistem suria, anda hanya perlu melihat dan melihat, tetapi ada cara lain yang sudah dikaitkan dengan nuklear dan radiofizik. Dan ini adalah topik untuk tinjauan seterusnya.
