Mida on vaja mõne teise planeedi, asteroidi või komeedi üksikasjalikuks uurimiseks?
Esiteks laske kosmoselaev lähemale. Ja varustage see sond instrumentidega, nii et need räägiksid võimalikult palju uuritavast, lähtudes mahu- ja massipiirangutest. Täna näeme, kuidas inimene uurib päikesesüsteemi optiliste vahendite abil.
Päikese ümber keerlevad paljud kosmilised kehad, mis on üksteisest väga erinevad. Gaasihiiglastel pole tahke pind ja kivistel planeetidel on erineva tihedusega atmosfäär, ebaolulisest kuni ülitihedani. Asteroidid on kivist ja seal on rauda ning komeedid muudavad oluliselt nende aktiivsust sõltuvalt kaugusest Päikeseni.
On selge, et erinevate omadustega objektide uurimiseks on vaja erinevaid instrumente. Samal ajal on teadlased juba kogunud märkimisväärset kogemust mitut tüüpi uurimismeetodite rakendamisel, nad suutsid aru saada, mis annab minimaalse massiga maksimaalselt kasulikku teavet. Nüüd võime vaadata sellist robotite kosmoseuurija "härrasmehe komplekti".
Pildistamine nähtavuses
Silmad on jätkuvalt meie peamine uurimisinstrument, mistõttu Maa astronoomid investeerivad miljardeid hiiglaslikesse teleskoopidesse ja kosmose jaoks luuakse spetsiaalsed kaamerad. Nad püüavad teha teaduskambri kahekordseks, s.t. käivitage kaks kaamerat: üks lainurk, teine pika fookusega. Lainurk võimaldab teil silmaga jäädvustada suuri alasid, kuid kõik selles olevad objektid on väikesed. Pikafookusega üks on "pikamaarelv", mis võimaldab teil vaadata peeneid detaile märkimisväärsest kaugusest.
Reklaamvideo:
See põhimõte kehtib nii kosmoses kui ka planeetide pinnal. Niisiis, Curiosity roveril on lainurkobjektiiviga objektiiv 34 mm ja pika fookusega objektiivil - 100 mm.
Orbitaalmoodulite puhul on pikkade ja laiade suhe tavaliselt palju olulisem. Pika fookusega objektiivi asemel on paigaldatud täieõiguslik peegelteleskoop.
Suurim peegliteleskoop, mis asub väljaspool Maa orbiiti, töötab nüüd orbiidil Marsil, MRO satelliidiga - läbimõõduga 50 cm. HiRise kaamera jäädvustab kõrgusi 250–300 km fenomenaalse detailiga kuni 26 cm.
See võimaldab teadlastel uurida Marsi ja jälgida roverite liikumist ning entusiastid nagu meie teevad Marsi arheoloogiat.
Lisaks teaduskaameratele on kosmoseaparaadid sageli varustatud navigatsioonikaameratega. Need võimaldavad operaatoritel paremini kohapeal orienteeruda ja valida teaduskaamerate jaoks sihtmärke. Navigeerimiskaamerad võivad katta veelgi laiemad vaatenurgad ja neid saab luua ka topelt, kuid suurema töökindluse või stereofotograafia jaoks.
Erinevus teaduslike ja navigeerimiskaamerate vahel pole ainult vaatenurga laiuses. Teaduskaamerad on varustatud ka vahetatavate värvifiltritega, mis võimaldavad analüüsida uuritavate objektide pinna mõnda spektraalkarakteristikut. Filtrid asuvad tavaliselt spetsiaalses ratas, mis võimaldab teil neid kaamera optilisel teljel muuta.
Vaikimisi pildistavad teaduskaamerad pankromaatilises vahemikus - mustvalgel režiimis, kus fotomatriks võtab kogu nähtava valguse ja isegi pisut nähtamatu - infrapuna lähedal. Selline pildistamine võimaldab teil saada kõrgeima eraldusvõime ja näha parimaid detaile, mistõttu enamik kosmosest tehtud pilte on mustvalged. Ehkki keegi arvab, et sellega on seotud mingisugune vandenõu.
Pankromaatilises (mustvalge) režiimis on detail suurem.
Värvilisi pilte saab vahelduvate värvifiltritega korduvalt pildistades, ühendades pilte. Üks värvifiltriga tehtud kaadrimudel on ka mustvalge, seega tuleb pilte korraga ühendada. Ja see pole sugugi vajalik, sellest tulenev pildi värv on see, mida meie silmad näeksid. Inimese nägemise jaoks koosneb maailm punase, rohelise ja sinise kombinatsioonidest. Ja pildi "päris" värvi saab punase, rohelise ja sinise filtri abil.
Kurioosne on pinnapeegelduse erinevus erinevates vahemikes.
Kuid kui raamid tehakse näiteks sinise, punase ja infrapunafiltri kaudu, osutub pildi värv valeks, ehkki selle kättesaamise füüsilised põhimõtted on täpselt samad, mis tõelistel.
Värvipiltide avaldamisel ametlikel veebisaitidel kirjutavad nad alla, milliseid värvifiltreid pildil kasutatakse. Kuid need fotod ilmuvad meedias ilma igasuguse selgituseta. Seetõttu ringlevad Internetis endiselt kõikvõimalikud spekulatsioonid Marsi või isegi Kuu varjatud värvi kohta.
Tavalistes maapealsetes kaamerates kasutatakse mitmevärviliste filtrite kaudu pildistamist samal viisil, ainult need on liimitud fotomaatriksi elementidesse (Bayeri filter) ja värvi vähendamisega tegelevad automaatika, mitte teadlased. Curiosity rover on Bayeri filtrid juba installinud, ehkki eraldi filtriratas on säilinud.
Infrapuna pildistamine
Meie silmad ei näe infrapunavalgust ja nahk tajub seda kuumusena, ehkki infrapunaulatus ei ole väiksem kui nähtav valgus. Silma eest peidetud teavet saab infrapunakaamerate abil. Isegi kõige tavalisemad fotoandurid näevad infrapunakiirgust (proovige näiteks teleri kaugjuhtimispuldi valgust nutitelefoniga pildistada). Infrapunavalguse keskmise vahemiku registreerimiseks pannakse kosmosetehnoloogiale eraldi erinevat tüüpi anduritega kaamerad. Ja kauge infrapuna nõuab juba andurite jahutamist sügava miinuseni.
Infrapunavalguse suurema läbitungimisvõimsuse tõttu on võimalik sügavamale kosmosesse vaadata läbi gaasi- ja tolmuähkude ning planeetide ja muude tahkete ainete pinnasesse.
Nii jälgisid teadlased Venus Express pilvede liikumist Veenuse atmosfääris keskmise kõrgusega.
New Horizons registreeris Jupiteri Kuu Io vulkaanide termilise kuma.
Kiskjate režiimi uuringut kasutati vaimu- ja võimalusvõimaluste uurijatel.
Mars Expressi vaade Marsi poolustele näitas erinevust süsinikdioksiidi ja vesijää jaotuses jääkappide pinnal (roosa - süsinikdioksiid, sinine - vesijää).
Maksimaalse teabe saamiseks on infrapunakaamerad varustatud suure filtrikomplektiga või täisväärtusliku spektromeetriga, mis võimaldab kogu pinnalt peegelduva valguse lagundada spektriks. Näiteks on New Horizonsil infrapunaandur, mille 656 tuhat pikselielementi on paigutatud 256 rida. Iga rida “näeb” ainult selle kitsas vahemikus olevat kiirgust ja andur töötab skannerirežiimis, s.o. temaga koos olev kaamera suunatakse uuritava objekti kohale.
Nagu juba mainitud, on infrapunavalgus kuumus, nii et selles vahemikus pildistamine avab veel ühe võimaluse kosmose tahkete kehade uurimiseks. Kui jälgite päeva jooksul päikesevalgusest soojenemise ja öösel jahutamise ajal pikka aega pinda, siis näete, et mõned pinna elemendid kuumenevad ja jahtuvad kiiresti ning mõned kuumenevad pikka aega ja jahutavad pikka aega. Neid vaatlusi nimetatakse termilise inertsuse uuringuteks. Need võimaldavad teil kindlaks teha mulla füüsikalisi omadusi: lahti on reeglina kergesti võidetav ja eraldab kergesti soojust ning tihe - kuumeneb pikka aega ja hoiab pikka aega soojust.
Kaardil: roosa - madala termilise inertsusega, sinine - kõrgega (s.o jahtub pikka aega).
Huvitava tähelepaneku tegi termorežiimis Nõukogude sond "Phobos-2". Marssi termorežiimis pildistades märkas ta pikka riba, mis ulatub üle kogu planeedi.
90ndatel avaldas ajakirjandus müstilisi spekulatsioone lennuki kondensatsioonitee kohta Marsi atmosfääris, kuid tegelikkus osutus huvitavamaks, ehkki proosalisemaks. Termokaamera "Phobos-2" suutis salvestada jahtunud pinnase riba, mis ulatub Marsi satelliidi - Phobose mööduva varju taha.
On ka vigu. Näiteks Gale kraatrit Mars Odyssey satelliidilt uurides tuvastasid teadlased maandunud Curiosity roveri lähedal suure termilise inertsusega piirkonna. Seal arvasid nad, et leiavad tiheda kivimi, kuid leidsid suhteliselt kõrge veesisaldusega - kuni 6% - savikivimid. Selgus, et kõrge termilise inertsuse põhjus oli vesi, mitte kivi.
Ultraviolettlaskmine
Ultraviolettkiirguse abil uurivad nad päikesesüsteemi gaasikomponenti ja kogu Universumit. Ultraviolett-spektromeeter asub Hubble'i teleskoobil ja selle abiga oli võimalik kindlaks teha vee levik Jupiteri atmosfääris või tuvastada tema satelliidi Europa subglacial ookeani emissioonid.
Ultraviolettvalguses uuriti peaaegu kõiki planeedi atmosfääre, isegi neid, mis praktiliselt puuduvad. MAVEN-sondi võimas ultraviolett-spektromeeter võimaldas näha Marsi ümbritsevat vesinikku ja hapnikku pinnast märkimisväärsel kaugusel. Need. et näha, kuidas isegi praegu jätkub gaaside aurustumine Marsi atmosfäärist ja mida kergem on gaas, seda intensiivsemalt see juhtub.
Vesinikku ja hapnikku Marsi atmosfääris saadakse veemolekulide fotokeemilisel dissotsieerimisel (eraldamisel) päikesekiirguse mõjul komponentideks ja Marsil olev vesi aurustub pinnasest. Need. MAVEN võimaldas vastata küsimusele, miks Marss on nüüd kuiv, kuigi kunagi oli ookean, järved ja jõed.
Ultraviolettvalguses asuv sond Mariner-10 suutis paljastada Veenuse pilvede üksikasjad, näha turbulentsete voogude V-kujulist struktuuri ja määrata tuulte kiiruse.
Keerulisem viis atmosfääri uurimiseks on valguse abil. Selleks paigutatakse uuritav objekt kosmoselaeva valgusallika ja spektromeetri vahele. Seega saate atmosfääri koostise kindlaks teha, hinnates valgusallika spektri erinevust enne ja pärast seda, kui see on atmosfääriga kaetud.
Seega on võimalik kindlaks teha mitte ainult gaaside sisaldus atmosfääris, vaid ka tolmu ligikaudne koostis, kui see neelab ka osa valgust.
Tuleb märkida, et spektroskoopiliste planeetidevaheliste uuringute osas pole Venemaa viimane. Venemaa Teaduste Akadeemia kosmoseuuringute instituudi osalusel loodi Mars Expressi jaoks Euroopa infrapunaspektromeeter OMEGA; samal aparaadil on Vene, Belgia ja Prantsuse teadlaste ühise töö tulemus - infrapuna- ja ultraviolett-spektromeeter SPICAM; koos itaallastega töötasid IKI RASi spetsialistid välja PFS-seadme. Sarnane instrumentide komplekt paigaldati Venus Expressile, mis lõpetas oma missiooni 2014. aasta lõpus.
Nagu näete, annab valgus meile päikesesüsteemi kohta märkimisväärsel hulgal teavet, peate lihtsalt saama vaadata ja näha, kuid tuuma- ja radiofüüsikaga on juba seotud ka muid vahendeid. Ja see on järgmise ülevaate teema.
