O que é necessário para um estudo detalhado de outro planeta, asteróide ou cometa?
Primeiro, lance uma nave espacial mais perto. E equipar esta sonda com instrumentos para que diga o máximo possível sobre o objeto de estudo, com base nas restrições de volume e massa. Hoje veremos como uma pessoa estuda o sistema solar usando meios ópticos.
Muitos corpos cósmicos giram em torno do Sol, que são muito diferentes uns dos outros. Os gigantes gasosos não têm uma superfície sólida e os planetas rochosos têm atmosferas de densidades diferentes, desde insignificantes a superdensas. Asteróides são pedras e existem ferro, e os cometas mudam muito sua atividade dependendo da distância ao sol.
É claro que diferentes instrumentos serão necessários para estudar objetos com propriedades diferentes. Ao mesmo tempo, os cientistas já acumularam considerável experiência na aplicação de muitos tipos de métodos de pesquisa, eles foram capazes de entender o que dá o máximo de informações úteis com uma massa mínima. Agora podemos olhar para esse "conjunto de cavalheiros" de explorador espacial robótico.
Tiro na faixa visível
Os olhos continuam sendo nosso principal instrumento de pesquisa, por isso os astrônomos da Terra estão investindo bilhões em telescópios gigantes e câmeras especiais estão sendo criadas para o espaço. Eles tentam fazer uma dupla câmara científica, ou seja, lançar duas câmeras: uma grande angular, a segunda de foco longo. Grande angular permitirá que você capture grandes áreas com os olhos, mas todos os objetos serão pequenos. A de longo alcance é uma "arma de longo alcance" que permite ver pequenos detalhes de uma distância considerável.
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Este princípio é válido tanto no espaço quanto na superfície dos planetas. Portanto, o rover Curiosity tem uma lente colorida grande angular de 34 mm e uma lente de foco longo - 100 mm.
Para módulos orbitais, a proporção entre longo e largo é geralmente muito mais significativa. Em vez de uma lente de foco longo, um telescópio de espelho completo é instalado.
O maior telescópio espelho fora da órbita da Terra está agora trabalhando em órbita em Marte, com o satélite MRO - 50 cm de diâmetro. A câmera HiRise captura alturas de 250-300 km com detalhes fenomenais de até 26 cm.
Isso permite que os cientistas estudem Marte e rastreiem o movimento dos robôs, e entusiastas como nós, façam arqueologia marciana.
Além de câmeras científicas, as espaçonaves são frequentemente equipadas com câmeras de navegação. Eles permitem que os operadores se orientem melhor "no solo" e escolham alvos para câmeras científicas. As câmeras de navegação podem cobrir ângulos de visão ainda mais amplos e também podem ser criadas em dobro, mas para maior confiabilidade ou para fotografia estéreo.
A diferença entre câmeras científicas e de navegação não está apenas na largura do ângulo de visão. As câmeras científicas também são equipadas com filtros de cores substituíveis que permitem analisar algumas características espectrais da superfície dos objetos em estudo. Os filtros geralmente estão localizados em uma roda especial que permite alterá-los no eixo óptico da câmera.
Por padrão, as câmeras científicas filmam na faixa pancromática - modo preto e branco, no qual a matriz fotográfica recebe toda a luz visível, e até mesmo um pouco invisível - próximo ao infravermelho. Este tipo de disparo permite obter a mais alta resolução e ver os detalhes mais finos, razão pela qual a maioria das imagens do espaço são em preto e branco. Embora alguém pense que algum tipo de conspiração está relacionado com isso.
No modo pancromático (preto e branco), o detalhe é maior.
Imagens coloridas podem ser obtidas disparando repetidamente com filtros de cores alternadas combinando as imagens. Um único quadro tirado com um filtro de cor também será preto e branco, portanto, as imagens precisam ser combinadas três de cada vez. E não é necessário, a cor resultante na imagem será a que nossos olhos veriam. Para a visão humana, o mundo consiste em combinações de vermelho, verde e azul. E a cor "real" da imagem pode ser obtida usando filtros vermelho, verde e azul.
Curioso é a diferença na refletividade da superfície em diferentes faixas.
Mas se as molduras forem feitas através, por exemplo, de filtros azul, vermelho e infravermelho, então a cor da imagem será "falsa", embora os princípios físicos de sua recepção sejam exatamente iguais aos reais.
Ao publicar imagens coloridas em sites oficiais, eles assinam quais filtros de cores são usados na imagem. Mas essas fotos aparecem na mídia sem qualquer explicação. Portanto, todo tipo de especulação sobre a cor oculta de Marte ou mesmo da Lua ainda circula na Internet.
Em câmeras terrestres comuns, fotografar por meio de filtros multicoloridos é usado da mesma maneira, apenas eles são colados aos elementos da matriz fotográfica (filtro Bayer) e a automação, não os cientistas, está envolvida na redução da cor. O rover Curiosity já instalou filtros Bayer, embora uma roda de filtro separada tenha sido preservada.
Tiro infravermelho
Nossos olhos não veem a luz infravermelha e a pele a percebe como calor, embora o alcance do infravermelho não seja menor que a luz visível. As informações ocultas do olho podem ser obtidas por câmeras infravermelhas. Mesmo os fotossensores mais comuns podem ver a luz infravermelha (tente, por exemplo, tirar a luz do controle remoto da TV com um smartphone). Para registrar a faixa intermediária da luz infravermelha, câmeras separadas com um tipo diferente de sensores são instaladas na tecnologia espacial. E o infravermelho distante já requer o resfriamento dos sensores para um mínimo profundo.
Devido à maior capacidade de penetração da luz infravermelha, é possível olhar mais profundamente no espaço profundo, através de nebulosas de gás e poeira, e no solo de planetas e outros sólidos.
Assim, os cientistas Venus Express observaram o movimento das nuvens em altitudes médias na atmosfera de Vênus.
A New Horizons registrou o brilho térmico dos vulcões na lua de Júpiter, Io.
O levantamento do modo predador foi usado nos rovers Spirit e Opportunity.
A visão da Mars Express dos pólos de Marte mostrou a diferença na distribuição de dióxido de carbono e gelo de água sobre a superfície das calotas polares (rosa - dióxido de carbono, azul - gelo de água).
Para obter o máximo de informações, as câmeras infravermelhas são equipadas com um grande conjunto de filtros, ou um espectrômetro completo, que permite decompor toda a luz refletida da superfície em um espectro. Por exemplo, a New Horizons possui um sensor infravermelho com 65,5 mil elementos de pixel dispostos em 256 linhas. Cada linha "vê" apenas a radiação em sua faixa estreita, e o sensor opera no modo de scanner, ou seja, a câmera com ele é “guiada” sobre o objeto em estudo.
Como já mencionado, a luz infravermelha é o calor, portanto, fotografar nesta faixa abre outra oportunidade para explorar corpos sólidos no espaço. Se você observar a superfície por muito tempo no processo de aquecimento pela luz solar durante o dia e resfriamento à noite, poderá ver que alguns elementos da superfície aquecem e esfriam rapidamente, e alguns aquecem por um longo tempo e esfriam por um longo tempo. Essas observações são chamadas de estudos de inércia térmica. Eles permitem determinar as características físicas do solo: solto, em regra, ganha facilmente e emite calor facilmente, e denso - aquece por muito tempo e mantém o calor por muito tempo.
No mapa: rosa - com baixa inércia térmica, azul - com alta (ou seja, esfria por um longo tempo).
Uma observação interessante, em modo térmico, foi feita pela sonda soviética "Phobos-2". Ao fotografar Marte em modo térmico, ele notou uma longa faixa que se estende por todo o planeta.
Na década de 90, a imprensa expressou especulações místicas sobre uma trilha de condensação de aeronaves na atmosfera de Marte, mas a realidade acabou se tornando mais interessante, embora mais prosaica. A câmera térmica "Phobos-2" foi capaz de registrar uma faixa de solo resfriado, que se estende por trás da sombra do satélite de Marte - Fobos.
Também existem erros. Por exemplo, ao explorar a cratera Gale do satélite Mars Odyssey, os cientistas identificaram uma área com alta inércia térmica, perto do rover Curiosity pousado. Lá eles esperavam encontrar rochas densas, mas encontraram rochas de argila com um conteúdo de água relativamente alto - até 6%. Descobriu-se que a razão para a alta inércia térmica era água, não pedra.
Tiro ultravioleta
Com a ajuda da radiação ultravioleta, eles estudam o componente gasoso do sistema solar e de todo o universo. O espectrômetro ultravioleta está localizado no telescópio Hubble e com sua ajuda foi possível determinar a distribuição da água na atmosfera de Júpiter ou detectar emissões do oceano subglacial de seu satélite Europa.
Quase todas as atmosferas planetárias foram estudadas em luz ultravioleta, mesmo aquelas que estão praticamente ausentes. O poderoso espectrômetro ultravioleta da sonda MAVEN tornou possível ver o hidrogênio e o oxigênio ao redor de Marte a uma distância considerável da superfície. Essa. ver como, ainda agora, continua a evaporação dos gases da atmosfera de Marte, e quanto mais leve o gás, mais intensa isso acontece.
Hidrogênio e oxigênio na atmosfera de Marte são obtidos por dissociação fotoquímica (separação) de moléculas de água em componentes sob a influência da radiação solar, e a água em Marte evapora do solo. Essa. O MAVEN tornou possível responder à pergunta por que Marte agora está seco, embora já tenha existido um oceano, lagos e rios.
A sonda Mariner-10 em luz ultravioleta foi capaz de revelar os detalhes das nuvens venusianas, ver a estrutura em forma de V dos fluxos turbulentos e determinar a velocidade dos ventos.
Uma forma mais sofisticada de estudar a atmosfera é pela luz. Para isso, o objeto em estudo é colocado entre a fonte de luz e o espectrômetro da espaçonave. Assim, você pode determinar a composição da atmosfera avaliando a diferença no espectro da fonte de luz antes e depois de ser coberta pela atmosfera.
Assim, é possível determinar não apenas o conteúdo de gases na atmosfera, mas também a composição aproximada da poeira, caso ela absorva também parte da luz.
Deve-se notar que, em termos de pesquisa interplanetária espectroscópica, a Rússia não é a última. Com a participação do Instituto de Pesquisa Espacial da Academia Russa de Ciências, o espectrômetro infravermelho europeu OMEGA foi criado para a Mars Express; no mesmo aparelho é o resultado do trabalho conjunto de cientistas russos, belgas e franceses - espectrômetro infravermelho e ultravioleta SPICAM; Junto com os italianos, especialistas da IKI RAS desenvolveram o dispositivo PFS. Um conjunto semelhante de instrumentos foi instalado no Venus Express, que completou sua missão no final de 2014.
Como você pode ver, a luz nos fornece uma quantidade significativa de informações sobre o sistema solar, você só precisa ser capaz de olhar e ver, mas existem outros meios já associados à nuclear e à radiofísica. E este é um tópico para a próxima revisão.
