Vad behövs för en detaljerad studie av en annan planet, asteroid eller komet?
Starta först ett rymdskepp närmare. Och utrusta denna sond med instrument så att de berättar så mycket som möjligt om ämnet för studien, baserat på begränsningarna för volym och massa. Idag kommer vi att se hur en person studerar solsystemet med optiska medel.
Många kosmiska kroppar kretsar kring solen, som skiljer sig mycket från varandra. Gasgiganter har inte en fast yta, och steniga planeter har atmosfärer med olika tätheter, från försumbar till superdens. Asteroider är sten, och det finns järn, och kometer ändrar kraftigt sin aktivitet beroende på avståndet till solen.
Det är tydligt att olika instrument kommer att krävas för att studera objekt med olika egenskaper. Samtidigt har forskare redan samlat betydande erfarenhet av att använda många typer av forskningsmetoder, de kunde förstå vad som ger maximalt användbar information med en minimal massa. Nu kan vi titta på en sådan "gentleman-uppsättning" av robotutforskare.
Fotografering i det synliga intervallet
Ögonen fortsätter att vara vårt främsta forskningsinstrument, varför astronomer på jorden investerar miljarder i jätte teleskoper, och speciella kameror skapas för rymden. De försöker göra en vetenskaplig kammare dubbel, dvs. lansera två kameror: en vidvinkel, den andra långfokus. Vidvinkel gör att du kan fånga stora områden, men alla objekt i den kommer att vara små. Den långsiktiga är ett "långväga vapen" som gör att du kan se fina detaljer från ett betydande avstånd.
Kampanjvideo:
Denna princip gäller både i rymden och på planeten. Så, Curiosity rover har en vidvinkellins på 34 mm och en långfokuserad lins - 100 mm.
För omloppsmoduler är förhållandet mellan långt och brett vanligtvis mycket mer betydelsefullt. I stället för en långfokuserad lins installeras ett fullfjädrat spegelteleskop.
Det största spegelteleskopet utanför jordens omloppsbana fungerar nu i bana på Mars, med MRO-satelliten - 50 cm i diameter. HiRise-kameran fångar höjder på 250-300 km i fenomenal detalj upp till 26 cm.
Detta gör det möjligt för forskare att studera Mars och spåra rovers rörelse, och entusiaster som oss att göra Martian arkeologi.
Förutom vetenskapliga kameror är rymdfarkoster ofta utrustade med navigeringskameror. De tillåter operatörer att bättre orientera sig "på marken" och välja mål för vetenskapliga kameror. Navigeringskameror kan täcka ännu bredare visningsvinklar och kan också skapas dubbla, men för ökad tillförlitlighet eller för stereofotografering.
Skillnaden mellan vetenskapliga och navigeringskameror ligger inte bara i synvinkelns bredd. Vetenskapliga kameror är också utrustade med utbytbara färgfilter som gör att du kan analysera vissa spektrala egenskaper hos ytan på de objekt som studeras. Filter finns vanligtvis i ett speciellt hjul som låter dig byta dem på kamerans optiska axel.
Som standard fotograferar vetenskapliga kameror i panchromatisk räckvidd - svartvitt läge, där fotomatrisen får allt synligt ljus och till och med lite osynligt - nära infraröd. Den här typen av fotografering gör att du kan få den högsta upplösningen och se de finaste detaljerna, varför de flesta bilder från rymden är svart och vitt. Även om någon tror att någon form av konspiration är kopplad till detta.
I panchromatisk (svartvitt) -läge är detaljerna högre.
Färgbilder kan erhållas genom att fotografera upprepade gånger med alternerande färgfilter genom att kombinera bilderna. En enda ram som tagits med ett färgfilter är också svart och vitt, så bilderna måste kombineras tre åt gången. Och det är inte alls nödvändigt, den resulterande färgen i bilden kommer att bli vad våra ögon skulle se. För människans syn består världen av kombinationer av rött, grönt och blått. Och den "riktiga" färgen på bilden kan erhållas med röda, gröna och blå filter.
Nyfiken är skillnaden i ytreflektivitet i olika intervall.
Men om ramarna är gjorda till exempel genom blå, röda och infraröda filter kommer bildens färg att visa sig vara "falsk", även om de fysiska principerna för mottagandet är exakt samma som verkliga.
När de publicerar färgbilder på officiella webbplatser undertecknar de vilka färgfilter som används i bilden. Men dessa foton visas i media utan någon förklaring. Därför cirkulerar fortfarande alla slags spekulationer om den dolda färgen på Mars eller till och med månen på Internet.
I vanliga markbundna kameror används fotografering genom flerfärgade filter på samma sätt, bara de är limmade på elementen i fotomatrisen (Bayer-filter) och automatiseringen, inte forskare, bedriver färgminskning. Curiosity rover har redan installerat Bayer-filter, även om ett separat filterhjul har bevarats.
Infraröd fotografering
Våra ögon ser inte infrarött ljus, och huden uppfattar det som värme, även om det infraröda området inte är mindre än synligt ljus. Information dold för ögat kan erhållas av infraröda kameror. Till och med de vanligaste fotosensorerna kan se nära-infrarött ljus (prova till exempel att skjuta ljuset på TV-fjärrkontrollen med en smartphone). För att registrera mittintervallet för infrarött ljus placeras separata kameror med en annan typ av sensorer på rymdtekniken. Och långt infrarött kräver redan kylning av sensorerna till ett djupt minus.
På grund av den högre penetrerande kraften hos infrarött ljus är det möjligt att titta djupare in i djupa utrymme, genom gas- och dammnebulor och i jorden till planeter och andra fasta ämnen.
Så forskare Venus Express observerade rörelsen av moln på medelhöjder i atmosfären i Venus.
New Horizons registrerade den termiska glöd från vulkaner på Jupiters måne Io.
Rovdjurlägeundersökningen användes för andarna och möjligheterna.
Mars Expresss syn på polerna i Mars visade skillnaden i fördelningen av koldioxid och vattenis över ytan på iskapparna (rosa - koldioxid, blå - vattenis).
För att få maximal information är infraröda kameror utrustade med en stor uppsättning filter, eller en fullfjädrad spektrometer, som gör att du kan sönderdela allt ljus som reflekteras från ytan till ett spektrum. Exempelvis har New Horizons en infraröd sensor med 65,5 tusen pixelelement arrangerade i 256 rader. Varje linje "ser" bara strålning i dess smala område, och sensorn fungerar i skannerns läge, d.v.s. kameran med honom "guidas" över objektet som studeras.
Som redan nämnts är infrarött ljus värme, så att fotografering inom detta område öppnar upp en annan möjlighet att utforska fasta kroppar i rymden. Om du observerar ytan under lång tid i processen att värma från solljus på dagen och kyla på natten, kan du se att vissa delar av ytan snabbt värms upp och svalnar, och vissa värms upp under lång tid och svalnar under lång tid. Dessa observationer kallas termiska tröghetsstudier. De låter dig bestämma de fysiska egenskaperna hos jorden: lös, som regel, blir lätt och lätt avger värme, och tätt - värms upp under lång tid och håller värmen under en lång tid.
På kartan: rosa - med låg termisk tröghet, blå - med hög (dvs svalnar under lång tid).
En intressant observation i termiskt läge gjordes av den sovjetiska sonden "Phobos-2". När han fotograferade Mars i termiskt läge såg han en lång remsa som sträcker sig över planeten.
På 90-talet uttryckte pressen mystiska spekulationer om ett flygplanskondensationsspår i Mars-atmosfären, men verkligheten visade sig vara mer intressant, om än mer prosaisk. Värmekameran "Phobos-2" kunde spela in en remsa av kyld mark, som sträcker sig bakom den förbipasserande skuggan av satelliten i Mars - Phobos.
Det finns också misstag. Till exempel, medan de utforskade Gale Crater från Mars Odyssey-satelliten, identifierade forskare ett område med hög termisk tröghet, nära den landade Curiosity rover. Där förväntade de sig hitta tät berg, men de hittade lerarter med relativt hög vattenhalt - upp till 6%. Det visade sig att orsaken till den höga termiska trögheten var vatten, inte sten.
Ultraviolett fotografering
Med hjälp av ultraviolett strålning studerar de gaskomponenten i solsystemet och hela universum. Den ultravioletta spektrometern är belägen på Hubble-teleskopet, och med sin hjälp var det möjligt att bestämma fördelningen av vatten i atmosfären i Jupiter eller upptäcka utsläpp från det subglaciala havet i dess satellit Europa.
Nästan alla planetatmosfärer studerades i ultraviolett ljus, även de som praktiskt taget är frånvarande. Den kraftfulla ultravioletta spektrometern från MAVEN-sonden gjorde det möjligt att se väte och syre som omger Mars på ett betydande avstånd från ytan. De där. för att se hur, även nu, förångningen av gaser från atmosfären i Mars fortsätter, och ju lättare gasen är, desto intensivare händer detta.
Väte och syre i atmosfären i Mars erhålls genom fotokemisk dissociation (separering) av vattenmolekyler till komponenter under påverkan av solstrålning, och vatten på Mars förångas från jorden. De där. MAVEN gjorde det möjligt att besvara frågan varför Mars nu är torr, även om det en gång fanns ett hav, sjöar och floder.
Mariner-10-sonden i ultraviolett ljus kunde avslöja detaljerna i venusiska moln, se den V-formade strukturen i turbulenta flöden och bestämma vindens hastighet.
Ett mer sofistikerat sätt att studera atmosfären är med ljus. För detta placeras objektet som studeras mellan ljuskällan och rymdskeppets spektrometer. Således kan du bestämma atmosfärens sammansättning genom att utvärdera skillnaden i ljuskällans spektrum före och efter att den täcks av atmosfären.
Således är det möjligt att bestämma inte bara halten av gaser i atmosfären utan också den ungefärliga sammansättningen av dammet, om det också absorberar en del av ljuset.
Det bör noteras att när det gäller spektroskopisk interplanetär forskning är Ryssland inte den sista. Med deltagande av rymdforskningsinstitutet vid den ryska vetenskapsakademin skapades den europeiska infraröda spektrometern OMEGA för Mars Express; på samma apparat är resultatet av gemensamt arbete från ryska, belgiska och franska forskare - infraröd och ultraviolett spektrometer SPICAM; tillsammans med italienarna utvecklade specialister från IKI RAS PFS-enheten. En liknande uppsättning instrument installerades på Venus Express, som slutförde sitt uppdrag i slutet av 2014.
Som ni ser, ger ljus oss en betydande mängd information om solsystemet, du behöver bara kunna titta och se, men det finns andra sätt som redan är associerade med kärnkrafts- och radiofysik. Och detta är ett ämne för nästa recension.