Todo o espaço interestelar e interplanetário é preenchido com radiação cósmica. Este é o resultado da radiação de estrelas, discos de acreção de buracos negros, estrelas de nêutrons e pulsares, explosões de supernovas … Quase qualquer cataclismo no Universo é a causa das emissões de radiação. A radiação é um problema para os astronautas e a eletrônica, mas para os cientistas é um presente aprender muitos detalhes sobre o espaço. Continuamos nossa revisão dos instrumentos científicos usados para estudar o sistema solar.
Anteriormente, aprendemos como os planetas são estudados por meios ópticos.
Espectroscopia gama
A gama gama, em princípio, também é óptica, uma vez que raios gama são fótons de alta energia. Mas a espectroscopia gama nos estudos da ciência planetária não aqueles raios que são emitidos de estrelas e buracos negros, mas aqueles que iluminam planetas e outros corpos cósmicos não atmosféricos ou fracamente atmosféricos.
Planetas e asteróides começam a emitir em gama quando bombardeados por partículas mais massivas: prótons de alta energia, raios alfa-beta e nêutrons. As partículas carregadas atingem a superfície do solo e ele começa a emitir na gama. E, o que é típico, cada elemento químico emite em sua própria faixa. Ou seja, só precisamos segurar um espectrômetro gama sobre a superfície para entender em que consiste. Portanto, vamos entender apenas a composição química, não a geológica, mas complementando-a com informações, por exemplo, de espectrômetros de infravermelho, e de câmeras da faixa do visível, podemos obter uma imagem mais visual.
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Assim, usando espectrometria gama, os cientistas aprenderam sobre as concentrações relativamente altas de minérios de tório, ferro e titânio na lua.
Com a ajuda de tal dispositivo no Mars Odyssey, foi possível encontrar duas regiões em Marte com conteúdo anormalmente alto de tório e, provavelmente, minérios de urânio. É bem possível que ali tenham ocorrido processos antes, como na África, com a formação de um reator nuclear natural. É verdade que outros, com base nos mesmos dados, estão falando sobre uma guerra termonuclear … De uma forma ou de outra, este é um achado encorajador, pois significa que as usinas nucleares de futuros colonos marcianos podem trabalhar com matérias-primas locais.
Detectores de nêutrons
Os nêutrons cósmicos, ao contrário das partículas alfa e beta, não são completamente absorvidos pelo solo. Alguns dos nêutrons são refletidos da superfície de corpos pedregosos, enquanto eles conseguem afundar no solo por cerca de meio metro. Os nêutrons que voltam da superfície, via de regra, já se movem bem mais devagar, sua velocidade e energia dependem do que passaram no solo. Mais precisamente, apenas um parâmetro é medido com a ajuda deles - o conteúdo de hidrogênio.
O hidrogênio, devido à leveza dos átomos, efetivamente retarda os nêutrons em colisões elásticas, e essa eficiência depende diretamente de sua concentração. Ao mesmo tempo, na forma livre, o hidrogênio não permanecerá no solo, principalmente onde a pressão atmosférica tende a zero. Para armazenar hidrogênio no solo, ele deve ser ligado a um nível químico, e a água continua sendo o melhor remédio. Assim, voando sobre a superfície e coletando dados sobre as velocidades dos nêutrons em "decolagem", pode-se determinar o teor aproximado de água no solo. Claro, quanto mais baixo voamos, mais precisos serão os dados. Os satélites ainda fornecem um erro de mais ou menos cem quilômetros.
Foi com a ajuda dos instrumentos russos LEND e HEND que os dados sobre a distribuição de hidrogênio / água nos solos próximos à superfície da Lua e de Marte foram obtidos.
E se os dados marcianos já foram confirmados duas vezes, então os lunares ainda estão esperando por sua verificação. Em Marte, a sonda Phoenix pousou na região circumpolar, e onde o HEND prometeu até 70% da água no solo, uma camada de água gelada foi encontrada sob a poeira. E na cratera Gale, onde o rover Curiosity está operando, HEND prometeu 5%, o conteúdo de água no solo varia de 3% a 5%, e apenas raramente se depara com 6% de "oásis".
Depois de tal sucesso de HEND, seu irmão DAN estava "sentado" diretamente no rover, e agora ele coleta dados não de uma altitude de 300 km, como seu antecessor, mas de 0,5 m. É verdade, a profundidade de sondagem ainda não ultrapassa 1 metro, mas a resolução espacial aumentou de dezenas de quilômetros a centímetros.
No entanto, apesar do sucesso dos detectores de nêutrons, não há confiança final neles. As geleiras na Lua ainda estão esperando por seu descobridor, e as agências espaciais, assim como as empresas privadas, estão prestando cada vez mais atenção aos pólos lunares. Embora a concentração de umidade lá, de acordo com os satélites, não seja superior a 4%.
Radares
As sondagens dos planetas na faixa de rádio começaram a ser realizadas a partir da Terra. Muitas informações foram fornecidas pelo radiotelescópio de Arecibo, com 300 metros de diâmetro. Por exemplo, nos anos 80, ele descobriu nos pólos do quente Mercúrio, um estranho reflexo que o gelo de água poderia dar. Os cientistas por muito tempo não conseguiam acreditar que as geleiras pudessem existir no planeta mais próximo do sol. Tive que esperar os resultados da sonda Messenger, que, usando um detector de nêutrons e laser de alcance, foi capaz de confirmar a presença de gelo.
Arecibo mostrou fotos impressionantes durante a lua superlua de 2013. Na Lua, ele pode ver as consequências de fluxos de lava catastróficos e "inundações" com sua ajuda.
Se essas imagens forem combinadas com mapas de distribuição de minerais obtidos de espectrômetros orbitais, é possível compilar um mapa geológico detalhado da área, e é possível reconstruir a evolução da superfície. Embora seja estranho que até agora um satélite com um radar poderoso não tenha sido enviado à lua.
Mas três satélites de radar voaram para Vênus. Não há outra maneira de estudar a superfície da órbita deste planeta. Venera-15 e -16 mapearam o Pólo Norte na década de 1980 e, em seguida, na década de 1990, Magalhães fez um mapa completo.
Agora a Cassini está ocupada com um negócio semelhante em órbita de Saturno. Aqui, o radar é usado para penetrar na densa atmosfera de Titã. No decurso de vários voos, a estação espacial abre gradualmente o véu eterno e revela à ciência este mundo verdadeiramente incrível, em alguns aspectos incrivelmente semelhante ao terrestre, mas em alguns surpreendentemente diferente.
Vários levantamentos de radar permitem não apenas mapear, mas também observar processos dinâmicos. Assim, a ilha misteriosamente apareceu e depois desapareceu foi considerada um sinal de mudanças sazonais em curso. Talvez tenha sido um iceberg gelado que caiu em um mar de metano.
Outros comprimentos de onda e diferentes designs de radar permitem que você vá mais fundo. Na órbita de Marte, existem duas espaçonaves equipadas com "ecobatímetros" que penetram na crosta do planeta por 1-3 quilômetros.
O estudo da espaçonave européia Mars Express permitiu obter informações sobre a força e a estrutura do gelo polar, distinguir o gelo de dióxido de carbono do gelo de água e estimar as reservas de água.
Sua varredura também revelou crateras de asteróides antigas, enterradas por centenas de metros de lava vulcânica e acumulações sedimentares do oceano marciano, no hemisfério norte do planeta. Os cientistas notaram repetidamente a aparente diferença no número de crateras de meteoritos nos hemisférios sul e norte de Marte, e o Mars Express resolveu o mistério. Se alguém ainda tinha esperanças pelos marcianos enterrados no submarciano de Sião por causa do vácuo, da seca e da geada, então eu tenho más notícias para eles …
A espaçonave New Horizons também possui instrumentos para pesquisa de radar, mas o tamanho da antena é inferior ao de muitos colegas interplanetários, então a pesquisa se concentrará em encontrar e estudar a atmosfera.
Estou ansioso pelos resultados da varredura de radar do núcleo do cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko, que foi feito pelas espaçonaves Rosetta e Philae para um casal.
O radar foi até levado à lua. O chinês "Jade Hare" conseguiu caminhar apenas cem metros, mas mesmo nele conseguiu obter os perfis mais interessantes da superfície lunar, a uma profundidade de cerca de quatrocentos metros. No futuro, tais informações serão vitais para a construção de uma estação lunar, base ou assentamento.
Espectroscopia de prótons alfa
Quando se trata do estudo de corpos espaciais por lander, é quase impossível fazer sem tocar os momentos da espectroscopia de fluorescência de raios-X alfa-próton.
Dispositivos do tipo APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) foram instalados em todos os rovers da NASA Mars. APXS está disponível na sonda Philae no núcleo do cometa 67P / Churyumov-Gerasimenko. Havia um dispositivo semelhante (RIFMA) nos rovers lunares soviéticos.
O princípio de operação do método se assemelha à espectroscopia gama, exceto que o sensor tem sua própria fonte de partículas carregadas (algum tipo de isótopo radioativo), principalmente raios alfa. A amostra estudada é irradiada com radiação e passa a brilhar na faixa dos raios-X.
Além disso, cada elemento químico brilha à sua maneira, o que permite obter espectros de composição elementar.
Isso está longe de ser uma visão geral exaustiva dos equipamentos para explorar o sistema solar. Via de regra, instrumentos astrofísicos também são instalados em veículos interplanetários para registrar partículas energéticas, radiação interplanetária, plasma e poeira. Os voos interplanetários também permitem que você estude o espaço sideral, a relação do Sol, dos planetas e do meio interestelar, mas isso é outra história.
