Ko reikia norint atlikti išsamų kitos planetos, asteroido ar kometos, tyrimą?
Pirmiausia paleiskite erdvėlaivį arčiau. Ir aprūpinkite šį zondą instrumentais, kad jie kuo daugiau papasakotų apie tiriamąjį objektą, atsižvelgiant į tūrio ir masės apribojimus. Šiandien pamatysime, kaip žmogus optinėmis priemonėmis tiria saulės sistemą.
- „Salik.biz“
Aplink Saulę sukasi daugybė kosminių kūnų, kurie labai skiriasi vienas nuo kito. Dujų milžinai neturi kieto paviršiaus, o uolėtose planetose yra skirtingo tankio atmosferos, nuo nereikšmingos iki superdenzinės. Asteroidai yra akmuo, yra ir geležies, ir kometos labai keičia savo veiklą priklausomai nuo atstumo iki saulės.
Aišku, kad norint ištirti skirtingas savybes turinčius objektus, reikės skirtingų instrumentų. Tuo pačiu metu mokslininkai jau yra sukaupę nemažą patirtį pritaikant daugelio rūšių tyrimo metodus, jie sugebėjo suprasti, kas suteikia daugiausiai naudingos informacijos su minimalia mase. Dabar galime pažvelgti į tokį robotų kosmoso tyrinėtojų „džentelmenų rinkinį“.
Fotografavimas matomame diapazone
Akys ir toliau yra pagrindinis mūsų tyrimo instrumentas, todėl astronomai Žemėje investuoja milijardus į milžiniškus teleskopus, o kosmosui kuriamos specialios kameros. Jie bando padaryti mokslo kamerą dvigubą, t. paleiskite dvi kameras: vieną plačiakampį, antrą - ilgą fokusavimą. Plačiakampis leis akimis užfiksuoti didelius plotus, tačiau visi jame esantys daiktai bus maži. Ilgasis židinio nuotolis yra „ilgo nuotolio ginklas“, leidžiantis peržvelgti smulkias detales iš nemažo atstumo.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Šis principas galioja ir kosmose, ir planetų paviršiuje. Taigi, „Curiosity rover“plačiakampis spalvotas objektyvas yra 34 mm, o ilgo fokusavimo objektyvas - 100 mm.
Orbitalinių modulių atveju ilgo ir plataus santykis paprastai yra daug reikšmingesnis. Vietoj ilgo fokusavimo objektyvo sumontuotas visavertis veidrodinis teleskopas.
Didžiausias veidrodinis teleskopas, esantis ne Žemės orbitoje, dabar veikia orbitoje Marse, o MRO palydovas yra 50 cm skersmens. „HiRise“kamera fiksuoja 250–300 km aukštį fenomenaliomis detalėmis iki 26 cm.
Tai leidžia mokslininkams tyrinėti Marsą ir sekti roverių judėjimą, o entuziastai, kaip mes, daro Marso archeologiją.
Be mokslinių kamerų, erdvėlaiviuose dažnai būna navigacijos kamerų. Jie leidžia operatoriams geriau orientuotis „ant žemės“ir pasirinkti mokslinių kamerų taikinius. Navigacijos kameros gali apimti dar platesnius matymo kampus, taip pat gali būti sukurtos dvigubai, tačiau dėl didesnio patikimumo ar norint fotografuoti stereofoniniu būdu.
Mokslinių ir navigacijos kamerų skirtumas skiriasi ne tik žiūrėjimo kampo pločiu. Mokslinėse kamerose taip pat yra keičiamų spalvų filtrų, leidžiančių išanalizuoti kai kurias tiriamų objektų paviršiaus spektrines charakteristikas. Filtrai paprastai yra specialiame ratuke, kuris leidžia juos pakeisti fotoaparato optinėje ašyje.
Pagal numatytuosius nustatymus mokslinės kameros fotografuoja panchromatiniame diapazone - nespalvotame režime, kuriame foto matrica gauna visą matomą šviesą, o net ir šiek tiek nematomą - arti infraraudonųjų spindulių. Dėl tokio fotografavimo galima gauti aukščiausią skiriamąją gebą ir pamatyti smulkiausias detales, todėl dauguma vaizdų iš kosmoso yra nespalvoti. Nors kažkas mano, kad su tuo susijęs kažkoks sąmokslas.
Panchromatiniu (juodai baltu) režimu detalė yra didesnė.
Spalvotus vaizdus galima gauti pakartotinai fotografuojant su kintamais spalvų filtrais, derinant vaizdus. Vienas kadras, nufotografuotas su vienos spalvos filtru, taip pat bus nespalvotas, todėl vaizdus reikia derinti tris vienu metu. Ir tai visai nebūtina, gauta vaizdo spalva bus tokia, kokią pamatys mūsų akys. Žmogaus regėjimui pasaulis susideda iš raudonos, žalios ir mėlynos spalvų derinių. O „tikrąją“vaizdo spalvą galima gauti naudojant raudonus, žalius ir mėlynus filtrus.
Smalsu yra paviršiaus atspindžio skirtumas skirtinguose diapazonuose.
Bet jei rėmeliai yra sukurti, pavyzdžiui, naudojant mėlynos, raudonos ir infraraudonųjų spindulių filtrus, tada vaizdo spalva pasirodys „klaidinga“, nors fiziniai jo gavimo principai yra visiškai tokie patys kaip ir tikrųjų.
Skelbdami spalvotus vaizdus oficialiose svetainėse, jie pasirašo, kokie spalvų filtrai yra naudojami paveikslėlyje. Bet šios nuotraukos žiniasklaidoje pasirodo be jokio paaiškinimo. Todėl internete vis dar sklando visokios spekuliacijos apie paslėptą Marso ar net Mėnulio spalvą.
Paprastose antžeminėse kamerose fotografavimas per daugiaspalvius filtrus naudojamas tuo pačiu būdu, tik jie priklijuojami prie fotografijos matricos elementų („Bayer“filtras), o automatai, o ne mokslininkai, užsiima spalvų mažinimu. „Curiosity“roveris jau yra įdiegęs „Bayer“filtrus, nors buvo išsaugotas atskiras filtrų ratas.
Infraraudonųjų spindulių fotografavimas
Mūsų akys nemato infraraudonųjų spindulių, o oda ją suvokia kaip šilumą, nors infraraudonųjų spindulių diapazonas yra ne mažesnis nei matomos šviesos. Informaciją, paslėptą iš akies, galima gauti infraraudonųjų spindulių kameromis. Net paprasčiausi foto jutikliai gali pamatyti artimąjį infraraudonųjų spindulių apšvietimą (pabandykite, pavyzdžiui, fotografuoti televizoriaus nuotolinio valdymo pulto šviesą išmaniuoju telefonu). Norėdami užregistruoti vidutinį infraraudonųjų spindulių diapazoną, į kosmoso technologiją dedamos atskiros kameros su kitokio tipo jutikliais. O tolimam infraraudonųjų spindulių ryšiui jau reikia atvėsinti jutiklius iki gilaus minuso.
Dėl didesnės infraraudonųjų spindulių skverbimosi galios galima giliau pažvelgti į gilią erdvę, pro dujų ir dulkių ūkius, į planetų ir kitų kietų medžiagų dirvožemį.
Taigi mokslininkai „Venus Express“stebėjo debesų judėjimą vidutinio aukščio Veneros atmosferoje.
„New Horizons“užfiksavo ugnikalnių šiluminį švytėjimą Jupiterio mėnulyje Io.
Apklausa apie plėšrūnus buvo atlikta „Spirit and Opportunity“roversuose.
„Mars Express“matytas Marso polių vaizdas parodė skirtumą anglies dioksido ir vandens ledo pasiskirstyme ant ledo dangtelių paviršiaus (rausvas - anglies dioksidas, mėlynas - vandens ledas).
Norėdami gauti maksimalią informaciją, infraraudonųjų spindulių fotoaparatai aprūpinti dideliu filtrų rinkiniu arba visaverčiu spektrometru, kuris leidžia visą paviršiaus atspindėtą šviesą suskaidyti į spektrą. Pavyzdžiui, „New Horizons“turi infraraudonųjų spindulių jutiklį su 65,5 tūkstančio taškų elementais, išdėstytais 256 eilutėse. Kiekviena eilutė „mato“tik savo siauro diapazono spinduliuotę, o jutiklis veikia skaitytuvo režimu, t. kamera su juo „nukreipiama“virš tiriamo objekto.
Kaip jau minėta, infraraudonųjų spindulių šviesa yra šiluma, todėl fotografavimas šiame diapazone atveria dar vieną galimybę tyrinėti kietus kūnus erdvėje. Jei ilgą laiką stebėsite paviršių kaitinantis nuo saulės spindulių dienos metu ir aušinant naktį, galite pastebėti, kad kai kurie paviršiaus elementai greitai įkaista ir atšąla, o kai kuriems ilgą laiką reikia ilgai įkaisti ir atvėsti. Šie stebėjimai vadinami šiluminės inercijos tyrimais. Jie leidžia nustatyti fizines dirvožemio savybes: birūs, kaip taisyklė, lengvai įgauna ir lengvai išskiria šilumą, o tankūs - ilgą laiką sušyla ir ilgą laiką palaiko šilumą.
Žemėlapyje: rožinė - su maža šilumine inercija, mėlyna - su aukštu (t. y. ilgą laiką atvėsta).
Įdomų stebėjimą terminiu režimu padarė sovietinis zondas „Phobos-2“. Fotografuodamas Marsą šiluminiu režimu, jis pastebėjo ilgą juostelę, besidriekiančią per planetą.
Dešimtajame dešimtmetyje spauda išreiškė mistines spėliones apie orlaivio kondensacijos taką Marso atmosferoje, tačiau realybė pasirodė įdomesnė, nors ir labiau prozaikiška. Šiluminė kamera „Phobos-2“sugebėjo įrašyti atvėsinto dirvožemio juostelę, kuri driekiasi už praeinančio Marso palydovo - Phoboso šešėlio.
Taip pat yra klaidų. Pavyzdžiui, tyrinėdami Gale'io kraterį iš „Mars Odyssey“palydovo, mokslininkai nustatė didelę šiluminę inerciją turinčią teritoriją šalia nusileidžiančio „Curiosity“maršrutizatoriaus. Ten jie tikėjosi rasti tankią uolieną, tačiau rado molinių uolienų, turinčių santykinai didelį vandens kiekį - iki 6%. Paaiškėjo, kad didelės šiluminės inercijos priežastis buvo vanduo, o ne akmuo.
Šaudymas ultravioletiniais spinduliais
Ultravioletinės spinduliuotės pagalba jie tiria Saulės sistemos dujų komponentą ir visą Visatą. Ultravioletinis spektrometras yra sumontuotas ant Hablo teleskopo, o jo pagalba buvo galima nustatyti vandens pasiskirstymą Jupiterio atmosferoje arba aptikti jo palydovo „Europa“subglacialinio vandenyno išmetimus.
Beveik visos planetų atmosferos buvo tiriamos ultravioletinėje šviesoje, net ir tų, kurių praktiškai nėra. Galingas zondo MAVEN ultravioletinis spektrometras leido pamatyti Marsą supantį vandenilį ir deguonį dideliu atstumu nuo paviršiaus. Tie. norėdami pamatyti, kaip net ir toliau išgaruoja dujos iš Marso atmosferos, ir kuo lengvesnės dujos, tuo intensyviau tai vyksta.
Vandenilis ir deguonis Marso atmosferoje gaunami fotocheminiu būdu išskiriant (atskiriant) vandens molekules į komponentus veikiant saulės spinduliams, o Marso vanduo išgaruoja iš dirvožemio. Tie. MAVEN leido atsakyti į klausimą, kodėl Marsas dabar sausas, nors kadaise buvo vandenynas, ežerai ir upės.
Ultravioletinėje šviesoje esantis zondas „Mariner-10“sugebėjo atskleisti Venerijos debesų detales, pamatyti V formos neramių srautų struktūrą ir nustatyti vėjų greitį.
Sudėtingesnis būdas tyrinėti atmosferą yra šviesa. Tam tiriamas objektas dedamas tarp erdvėlaivio šviesos šaltinio ir spektrometro. Taigi, atmosferos sudėtį galite nustatyti įvertinę šviesos šaltinio spektro skirtumus prieš ir po to, kai atmosfera juos padengia.
Taigi galima nustatyti ne tik dujų kiekį atmosferoje, bet ir apytikslę dulkių sudėtį, jei jos taip pat sugeria dalį šviesos.
Reikia pažymėti, kad pagal spektroskopinius tarpplanetinius tyrimus Rusija nėra paskutinė. Dalyvaujant Rusijos mokslų akademijos Kosmoso tyrimų institutui, „Mars Express“buvo sukurtas Europos infraraudonųjų spindulių spektrometras OMEGA; tame pačiame aparate yra bendro Rusijos, Belgijos ir Prancūzijos mokslininkų darbo rezultatas - infraraudonųjų spindulių ir ultravioletinių spindulių spektrometras SPICAM; kartu su italais „IKI RAS“specialistai sukūrė PFS įrenginį. Panašus instrumentų rinkinys buvo įrengtas „Venus Express“, kuris savo misiją baigė 2014 m. Pabaigoje.
Kaip matote, šviesa suteikia mums daug informacijos apie Saulės sistemą, jums tiesiog reikia mokėti žiūrėti ir pamatyti, tačiau yra ir kitų priemonių, jau susijusių su branduoline ir radiofizika. Ir tai yra kitos apžvalgos tema.