Que faut-il pour une étude détaillée d'une autre planète, astéroïde ou comète?
Tout d'abord, lancez un vaisseau spatial plus près. Et équipez cette sonde d'instruments pour qu'ils en disent le plus possible sur le sujet d'étude, en fonction des restrictions de volume et de masse. Aujourd'hui, nous verrons comment une personne étudie le système solaire à l'aide de moyens optiques.
De nombreux corps cosmiques tournent autour du Soleil, qui sont très différents les uns des autres. Les géantes gazeuses n'ont pas de surface solide et les planètes rocheuses ont des atmosphères de densités différentes, de négligeable à superdense. Les astéroïdes sont de la pierre et il y a du fer, et les comètes changent considérablement leur activité en fonction de la distance au Soleil.
Il est clair que différents instruments seront nécessaires pour étudier des objets aux propriétés différentes. Dans le même temps, les scientifiques ont déjà accumulé une expérience considérable dans l'application de nombreux types de méthodes de recherche, ils ont pu comprendre ce qui donne le maximum d'informations utiles avec une masse minimale. Maintenant, nous pouvons regarder un tel "ensemble de gentleman" d'explorateur spatial robotique.
Prise de vue dans la zone visible
Les yeux continuent d'être notre principal instrument de recherche, c'est pourquoi les astronomes sur Terre investissent des milliards dans des télescopes géants et des caméras spéciales sont créées pour l'espace. Ils essaient de faire doubler une chambre scientifique, c'est-à-dire lancer deux caméras: une grand angle, la seconde longue focale. Le grand angle vous permettra de capturer de grandes zones avec vos yeux, mais tous les objets qu'il contient seront petits. La longue focale est une "arme à longue portée" qui vous permet de voir les détails fins à une distance considérable.
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Ce principe est vrai à la fois dans l'espace et à la surface des planètes. Ainsi, le rover Curiosity a un objectif couleur grand angle de 34 mm et un objectif à focale longue - 100 mm.
Pour les modules orbitaux, le rapport entre long et large est généralement beaucoup plus significatif. Au lieu d'un objectif à focale longue, un télescope à miroir à part entière est installé.
Le plus grand télescope à miroir en dehors de l'orbite terrestre travaille maintenant en orbite sur Mars, avec le satellite MRO - 50 cm de diamètre. La caméra HiRise capture des hauteurs de 250 à 300 km avec des détails phénoménaux jusqu'à 26 cm.
Cela permet aux scientifiques d'étudier Mars et de suivre le mouvement des rovers, et aux passionnés comme nous de faire de l'archéologie martienne.
En plus des caméras scientifiques, les engins spatiaux sont souvent équipés de caméras de navigation. Ils permettent aux opérateurs de mieux s'orienter «sur le terrain» et de choisir des cibles pour les caméras scientifiques. Les caméras de navigation peuvent couvrir des angles de vision encore plus larges et peuvent également être créées en double, mais pour une fiabilité accrue ou pour la photographie stéréo.
La différence entre les caméras scientifiques et de navigation ne réside pas seulement dans la largeur de l'angle de vision. Les caméras scientifiques sont également équipées de filtres couleur remplaçables qui vous permettent d'analyser certaines caractéristiques spectrales de la surface des objets étudiés. Les filtres sont généralement situés dans une roue spéciale qui vous permet de les changer sur l'axe optique de la caméra.
Par défaut, les caméras scientifiques tournent dans la plage panchromatique - mode noir et blanc, dans lequel la matrice photo reçoit toute la lumière visible, et même légèrement invisible - proche infrarouge. Ce type de prise de vue vous permet d'obtenir la résolution la plus élevée et de voir les détails les plus fins, c'est pourquoi la plupart des images de l'espace sont en noir et blanc. Bien que quelqu'un pense qu'une sorte de conspiration est liée à cela.
En mode panchromatique (noir et blanc), le détail est plus élevé.
Des images couleur peuvent être obtenues en effectuant des prises de vue répétées avec des filtres couleur alternés en combinant les images. Une seule image prise avec un filtre de couleur sera également en noir et blanc, les images doivent donc être combinées trois à la fois. Et ce n'est pas du tout nécessaire, la couleur résultante dans l'image sera ce que nos yeux verraient. Pour la vision humaine, le monde se compose de combinaisons de rouge, vert et bleu. Et la couleur "réelle" de l'image peut être obtenue en utilisant des filtres rouge, vert et bleu.
Curieuse est la différence de réflectivité de surface dans différentes plages.
Mais si les images sont faites, par exemple, à travers des filtres bleu, rouge et infrarouge, la couleur de l'image se révélera être "fausse", bien que les principes physiques de sa réception soient exactement les mêmes que les vrais.
Lors de la publication d'images couleur sur des sites Web officiels, ils signent les filtres de couleur utilisés dans l'image. Mais ces photos apparaissent dans les médias sans aucune explication. Par conséquent, toutes sortes de spéculations sur la couleur cachée de Mars ou même de la Lune circulent encore sur Internet.
Dans les caméras terrestres ordinaires, la prise de vue à travers des filtres multicolores est utilisée de la même manière, seulement ils sont collés aux éléments de la matrice photo (filtre Bayer) et l'automatisation, et non les scientifiques, est engagée dans la réduction des couleurs. Le rover Curiosity a déjà installé des filtres Bayer, bien qu'une roue de filtre séparée ait été conservée.
Prise de vue infrarouge
Nos yeux ne voient pas la lumière infrarouge et la peau la perçoit comme de la chaleur, bien que la portée infrarouge ne soit pas inférieure à la lumière visible. Les informations cachées à l'œil peuvent être obtenues par des caméras infrarouges. Même les capteurs photo les plus ordinaires peuvent voir la lumière proche infrarouge (essayez, par exemple, de filmer la lumière de la télécommande du téléviseur avec un smartphone). Pour enregistrer la gamme moyenne de lumière infrarouge, des caméras séparées avec un type différent de capteurs sont placées sur la technologie spatiale. Et l'infrarouge lointain nécessite déjà un refroidissement des capteurs à un point négatif.
En raison du pouvoir de pénétration plus élevé de la lumière infrarouge, il est possible de regarder plus profondément dans l'espace lointain, à travers les nébuleuses de gaz et de poussière, et dans le sol des planètes et d'autres solides.
Les scientifiques Vénus Express ont donc observé le mouvement des nuages à des altitudes moyennes dans l'atmosphère de Vénus.
New Horizons a enregistré la lueur thermique des volcans sur la lune Io de Jupiter.
L'enquête sur le mode prédateur a été utilisée sur les rovers Spirit et Opportunity.
La vue de Mars Express sur les pôles de Mars a montré la différence de distribution du dioxyde de carbone et de la glace d'eau sur la surface des calottes glaciaires (rose - dioxyde de carbone, bleu - glace d'eau).
Pour obtenir un maximum d'informations, les caméras infrarouges sont équipées d'un grand ensemble de filtres, ou d'un spectromètre à part entière, qui vous permet de décomposer toute la lumière réfléchie par la surface en un spectre. Par exemple, New Horizons dispose d'un capteur infrarouge avec 65 500 éléments de pixels disposés en 256 lignes. Chaque ligne ne «voit» que le rayonnement dans sa plage étroite, et le capteur fonctionne en mode scanner, c.-à-d. la caméra avec lui est «guidée» sur l'objet étudié.
Comme déjà mentionné, la lumière infrarouge est de la chaleur, donc la prise de vue dans cette gamme ouvre une autre opportunité pour explorer les corps solides dans l'espace. Si vous observez la surface pendant une longue période en train de chauffer à la lumière du soleil le jour et de se refroidir la nuit, vous pouvez voir que certains éléments de la surface se réchauffent et se refroidissent rapidement, et certains chauffent pendant longtemps et se refroidissent pendant longtemps. Ces observations sont appelées études d'inertie thermique. Ils vous permettent de déterminer les caractéristiques physiques du sol: en règle générale, meuble gagne facilement et dégage facilement de la chaleur, et dense - chauffe pendant longtemps et conserve la chaleur pendant longtemps.
Sur la carte: rose - avec une faible inertie thermique, bleu - avec haut (c'est-à-dire refroidit pendant une longue période).
Une observation intéressante, en mode thermique, a été faite par la sonde soviétique "Phobos-2". En photographiant Mars en mode thermique, il a remarqué une longue bande qui s'étend à travers la planète.
Dans les années 90, la presse a exprimé des spéculations mystiques sur une traînée de condensation d'avion dans l'atmosphère de Mars, mais la réalité s'est avérée plus intéressante, quoique plus prosaïque. La caméra thermique "Phobos-2" a pu enregistrer une bande de sol refroidi, qui s'étend derrière l'ombre passante du satellite de Mars - Phobos.
Il y a aussi des erreurs. Par exemple, lors de l'exploration du cratère Gale depuis le satellite Mars Odyssey, les scientifiques ont identifié une zone à forte inertie thermique, près du rover Curiosity atterri. Là, ils s'attendaient à trouver des roches denses, mais ils ont trouvé des roches argileuses avec une teneur en eau relativement élevée - jusqu'à 6%. Il s'est avéré que la raison de la forte inertie thermique était l'eau et non la pierre.
Prise de vue ultraviolette
À l'aide du rayonnement ultraviolet, ils étudient la composante gazeuse du système solaire et l'univers entier. Le spectromètre ultraviolet est installé sur le télescope Hubble et, avec son aide, il a été possible de déterminer la distribution de l'eau dans l'atmosphère de Jupiter ou de détecter les émissions de l'océan sous-glaciaire de son satellite Europa.
Presque toutes les atmosphères planétaires ont été étudiées en lumière ultraviolette, même celles qui sont pratiquement absentes. Le puissant spectromètre ultraviolet de la sonde MAVEN a permis de voir l'hydrogène et l'oxygène entourant Mars à une distance considérable de la surface. Ceux. pour voir comment, même maintenant, l'évaporation des gaz de l'atmosphère de Mars se poursuit, et plus le gaz est léger, plus cela se produit.
L'hydrogène et l'oxygène dans l'atmosphère de Mars sont obtenus par dissociation photochimique (séparation) des molécules d'eau en composants sous l'influence du rayonnement solaire, et l'eau sur Mars s'évapore du sol. Ceux. MAVEN a permis de répondre à la question de savoir pourquoi Mars est maintenant sèche, alors qu'il y avait autrefois un océan, des lacs et des rivières.
La sonde Mariner-10 en lumière ultraviolette a pu révéler les détails des nuages vénusiens, voir la structure en forme de V des écoulements turbulents et déterminer la vitesse des vents.
La lumière est une manière plus sophistiquée d'étudier l'atmosphère. Pour cela, l'objet étudié est placé entre la source lumineuse et le spectromètre de l'engin spatial. Ainsi, vous pouvez déterminer la composition de l'atmosphère en évaluant la différence de spectre de la source lumineuse avant et après qu'elle soit couverte par l'atmosphère.
Ainsi, il est possible de déterminer non seulement la teneur en gaz de l'atmosphère, mais également la composition approximative de la poussière, si elle absorbe également une partie de la lumière.
Il est à noter qu'en termes de recherche interplanétaire spectroscopique, la Russie n'est pas la dernière. Avec la participation de l'Institut de recherche spatiale de l'Académie des sciences de Russie, le spectromètre infrarouge européen OMEGA a été créé pour Mars Express; sur le même appareil est le résultat d'un travail conjoint de scientifiques russes, belges et français - spectromètre infrarouge et ultraviolet SPICAM; avec les Italiens, des spécialistes de l'IKI RAS ont développé le dispositif PFS. Un ensemble d'instruments similaire a été installé sur le Venus Express, qui a achevé sa mission fin 2014.
Comme vous pouvez le voir, la lumière nous fournit une quantité importante d'informations sur le système solaire, il vous suffit de pouvoir regarder et voir, mais il existe d'autres moyens déjà associés au nucléaire et à la radiophysique. Et c'est un sujet pour la prochaine revue.
