Пока остальной мир следит и ждет новую информацию о Starman (манекене компании SpaceX, облаченном в разработанный ею же новый скафандр и сидящем на водительском месте электрородстера Tesla, направляющегося в сторону Марса), космическое агентство NASA опубликовало самую далекую в истории человечества космическую фотографию, сделанную космическим аппаратом «Новые горизонты». На момент совершения фотографии (5 декабря 2017 года) аппарат находился в 6,12 миллиарда километров от Земли.
Помимо рекорда дальности, у фотографий «Новых горизонтов» есть и другие потрясающие особенности. Станции удалось запечатлеть несколько объектов пояса Койпера, находящегося на расстоянии 55 астрономических единиц от Земли, за орбитой Нептуна. Пояс состоит из малых космических тел и скоплений различных веществ, таких как лед, аммиак и метан.
Напомним, что одна астрономическая единица равна 149,6 миллиона километров, то есть расстоянию от Земли до Солнца. Таким образом, объекты, которые удалось заснять New Horizons, находятся от нас на расстоянии свыше восьми миллиардов километров. В частности, станции, двигающейся к своей основной цели – объекту пояса Койпера 2014 MU69, – удалось получить изображения нескольких карликовых планет 2012 HZ84 и 2012 HE85, сделанные в условных цветах.
Объекты пояса Койпера 2012 HZ84 (слева) и 2012 HE85 (справа)
В тот же день, но двумя часами ранее аппарат сделал еще одну фотографию. На этот раз объектом для снимка выступила более далекая цель – звездное скопление Колодец желаний (NGC 3532).
Звездное скопление Колодец желаний (NGC 3532)
С 2015 по 2016 год аппарат провел целый фотосет из детальных изображений карликовой планеты Плутон, благодаря чему у астрономов появилось очередная возможность для изучения и анализа поверхности этого небесного тела на беспрецедентно новом детальном уровне.
Следует отметить, что «Новые горизонты» далеко не первый аппарат, которому удалось забраться так далеко от Земли. До него были такие зонды, как «Вояджер-1/2», а также «Пионер-10/11». Однако «Новые горизонты» - единственный рукотворный космический аппарат, чья камера по-прежнему находится в рабочем состоянии. В настоящий момент зонд находится в режиме гибернации и движется к своей основной цели миссии. Ученые ожидают, что в 2019 году аппарат сможет запечатлеть планетоид 2014 MU69, который находится на расстоянии в 1,6 миллиарда километров от Плутона.
Вот уже целый месяц прошёл с того момента, как отправился в свой полёт космический аппарат Parker Solar Probe. Сейчас известно, что каждый из его четырёх приборов, входящих в полезную нагрузку, увидел “первый свет”. Эти ранние наблюдения пока ещё не являются важными научными событиями, но показывают, что каждый из приборов аппарата работает хорошо. Инструменты работают в связке для измерения электрических и магнитных полей Солнца, частиц Солнца и солнечного ветра, а также для получения изображений окружающей среды вокруг космического аппарата.
«Все инструменты передали данные, которые не только служат для калибровки, но и фиксируют всплески того, что мы ожидаем измерить вблизи Солнца, чтобы решить тайны солнечной атмосферы и короны», - Нур Рауафи, научный сотрудник проекта Parker Solar Probe в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.
Первое условное сближение миссии с Солнцем состоится в ноябре 2018 года, но даже сейчас приборы могут собирать данные о том, что происходит в солнечном ветре, находясь всё ещё ближе к Земле. Предлагаем вашему вниманию краткий обзор этих результатов.
WISPR (Wide-field Imager for Solar Probe, Оптический телескоп для получения изображений солнечной короны и гелиосферы)
Фактически, WISPR является единственным прибором на аппарате, который покажет самый понятный для всех результат - изображения в видимом диапазоне. Он позволит ясно, но очень недолго, наблюдать солнечный ветер изнутри короны. Прибор состоит из двух телескопов и расположен за теплозащитным экраном между двумя антеннами из комплекта приборов FIELDS. Чтобы сохранить их в безопасности, телескопы были укрыты защитным экраном во время старта.
WISPR был включён в начале сентября 2018 года и уже передал на Землю тестовые изображения для калибровки, полученные при закрытом защитном экране. 9 сентября 2018 года его створки были раскрыты, что позволило аппаратуре сделать первые изображения во время своего путешествия к Солнцу.
Правая сторона этого изображения - от внутреннего телескопа WISPR - имеет 40-градусное поле зрения. Левая сторона изображения от внешнего телескопа WISPR, который имеет 58-градусное поле зрения. Источник: NASA/Naval Research Laboratory/Parker Solar Probe
Расс Говард, главный исследователь программы WISPR из Военно-морской исследовательской лаборатории, изучил изображения, чтобы определить, что инструмент видит по сравнению с тем, что ожидалось, используя в качестве гидов различные небесные ориентиры.
«Существует очень характерное скопление звёзд на перекрытии двух изображений. Самой яркой является звезда Антарес, которая находится в созвездии Скорпиона примерно в 90 градусах от Солнца», - сказал Говард.
Солнце, не видимое на этом изображении, находится далеко справа от края изображения. Планета Юпитер также видна на изображении. Она была захвачена внутренним телескопом WISPR - это яркий объект чуть правее центра в правой части изображения.
«Левая сторона фотографии показывает красивое изображение Млечного Пути, глядя на галактический центр».
Время экспозиции, то есть время, в течение которого свет попадал на открытую матрицу для получения этого изображения, является интервалом, который можно сократить или удлинить, чтобы сделать изображение темнее или ярче. Во время этой съёмки время экспозиции было минимальным, и на то есть причина:
“Мы намеренно выставили короткую экспозицию, потому что в случае, если здесь было что-то очень яркое, когда мы впервые включили камеру, этот объект попросту засветил бы всё”.
По мере приближения космического аппарата к Солнцу его ориентация будет меняться, как и изображения WISPR. С каждой новой орбитой вокруг Солнца WISPR будет захватывать изображения структур, вылетающих из его короны. И, в то время, как другие измерения ранее были сделаны приборами на расстоянии одной астрономической единицы, WISPR будет работать намного ближе к Солнцу, сократив это расстояние примерно на 95 процентов. Это существенно увеличивает способность видеть то, что происходит в этом регионе с гораздо меньшим масштабом, чем когда-либо прежде, получая новые изображения нетронутой ранее солнечной короны.
ISʘIS (Integrated Science Investigation of the Sun, Исследование электронов, протонов и тяжёлых ионов)
Источник: NASA/Princeton University/Parker Solar Probe
ISʘIS (произносится как “исис”, аббревиатура просто включает в себя символ Солнца) измеряет частицы высоких энергий, связанные с солнечной активностью, то есть вспышками и коронарными выбросами массы. (Другой набор инструментов миссии, SWEAP, фокусируется на низкоэнергетических частицах, которые составляют солнечный ветер.) ISʘIS состоит из двух инструментов, которые покрывают ряд энергий для этих активных частиц: EPI-Lo фокусируется на нижней границе энергетического спектра, а EPI-Hi измеряет более активные частицы. Оба прибора собирали первые данные в условиях низкого напряжения, вследствие чего учёные смогли убедиться, что детекторы работают как положено. Когда Parker Solar Probe приблизится к Солнцу, они будут полностью включены в работу для измерения частиц в его короне.
Данные от EPI-Lo слева показывают фоновые космические лучи - заряженные частицы, которые пришли в нашу Солнечную систему из других частей галактики. По мере того как на EPI-Lo будет подаваться большее напряжение, а зонд повернётся к Солнцу, прибор станет больше измерять те частицы, которые относятся уже к солнечном ветру.
Справа данные от EPI-Hi, которые показывают концентрации частиц водорода и гелия. Ближе к Солнцу учёные ожидают наблюдать гораздо больше таких частиц, наряду с более тяжёлыми элементами, а также некоторые частицы с гораздо более высокими энергиями, особенно во время событий их выброса.
”Команда ISʘIS в восторге от того, что прибор хорошо работает. Впереди еще несколько шагов, но пока все выглядит великолепно!”, - Дэвид Маккомас, профессор астрофизических наук в Принстонском университете и главный исследователь программы ISʘIS.
FIELDS (Измерение электрических и магнитных полей, радиоволн, вектора Пойнтнинга, плазмы, и температуры электронов)
Источник: NASA/UC Berkeley/Parker Solar Probe
Набор приборов FIELDS на борту зонда Parker Solar Probe будет изучать масштаб и форму электрических и магнитных полей в атмосфере Солнца. Это ключевые измерения для понимания того, почему корона Солнца в сотни раз горячее, чем ее поверхность.
Датчики FIELDS состоят из четырёх двухметровых антенн электрического поля. Они установлены в передней части корабля, выходят за тепловую защиту, поэтому подвержены всей мощи солнечной среды. Также в набор включены три магнитометра и пятая короткая антенна электрического поля, установленная на штанге, которая выдвигается из задней части корабля.
Приведенные выше данные, собранные во время развертывания мачты вскоре после запуска космического аппарата в августе 2018 года, показывают то, как изменяется магнитное поле, когда мачта удаляется от зонда. Ранние данные - это магнитное поле самого космического аппарата, приборы измеряли резкое падение магнитного поля по мере того, как стрела удалялась от аппарата. После развертывания приборы будут измерять магнитное поле солнечном ветра. Приведённый график красноречиво иллюстрирует причину, по которой такие датчики должны располагаться далеко от космического аппарата.
В начале сентября 2018 года были успешно развернуты четыре антенны электрического поля на передней части космического корабля, и почти сразу после этого стали наблюдаться подписи солнечных вспышек.
Иллюстрация сравнения данных от Parker Solar Probe (в центре и внизу) и от Wind (вверху).
30 лет назад весь мир с большим интересом наблюдал за тем, как пара космических странников пролетала мимо Сатурна, передавая обворожительные снимки планеты и его спутников.
Эд Стоун — научный руководитель проекта Вояджер, одной из самых грандиозных миссий НАСА, вспоминает, как он впервые увидел петли в одном из узких колец Сатурна. Это был день, когда космический аппарат Вояджер-1 совершил ближайший пролет у гигантской планеты, 30 лет назад. Ученые собирались перед телевизионными мониторами в рабочих офисах Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, и каждый день, в течение этого пьянящего периода пролета, корпели над потрясающими изображениями и другими полученными данными.
Космический аппарат НАСА Вояджер-1 сделал этот снимок, во время самого близкого пролета Сатурна. Он показал петли в одном из узких колец Сатурна (слева). Изображения с космического аппарата Кассини (справа), наконец, позволили ученым понять, как спутники Сатурна Прометей и Пандора формируют перекрученную форму кольца.
Доктор Стоун обратил свое внимание на зубчатое, многожильное кольцо, сегодня известное как кольцо F. Бесчисленные частицы, составляющие широкие кольца, находятся на почти круговой орбите около Сатурна. Таким образом, это был один из сюрпризов, так как кольцо F, обнаружили всего за год до пролета космических аппаратов НАСА Пионер-10 и -11.
«Было ясно, что Вояджер показывает нам совершенно другой Сатурн», сказал Стоун, в настоящее время работающий в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Снова и снова, космический аппарат показывал столько неожиданных вещей, часто на их осмысление уходило много дней, месяцев и даже лет.
Кольцо F было лишь одним из многих странных вещей, обнаруженных при тесном сближении Вояджера с Сатурном, которое произошло 12 ноября 1980 года, для Вояджера-1, и 25 августа 1981 года, для Вояджера-2.Вовремя пролета Вояджера были найдены шесть маленьких лун и изучен загадочный Энцелад, поверхность которого указывала на какую-то геологическую активность.
Невероятная шестигранная структура, вокруг северного полюса Сатурна, была впервые обнаружена на снимках Вояджера 2 (слева). Кассини получил фотографии шестиугольника в более высоком разрешении. Снимки показывают, что шестиугольник является удивительно стабильной волной в одном из струйных течений атмосферы планеты.
Изображения с двух космических аппаратов также показали грандиозные бури, охватывающие атмосферу планеты, которые не были видны наземными телескопами.
Атмосфера Титана
Ученые использовали данные Вояджеров чтобы решить давний спор о том, есть ли у Титана толстая или тонкая атмосфера. Чуткие приборы установили, что спутник Сатурна — Титан был атмосферой, содержащей густую дымку из углеводородов в обогащенной азотом атмосфере. Открытие привело ученых к мысли о существовании морей из жидкого метана и этана на поверхности Титана.
Это изображение с Вояджера 1 показало, что Титан — спутник Сатурна, окутан дымкой из углеводородов в азотной атмосфере и натолкнуло астрономов на мысль о морях из жидкого метана и этана на поверхности Титана. Кассини успешно подтвердил эту теорию, прислав радиолокационное изображение озера, названного Онтарио (справа) и снимки других озер из жидких углеводородов на Титане.
«Когда я оглядываюсь назад, я понимаю, как мало мы на самом деле знали о Солнечной системе до полета Вояджеров», добавил Стоун.
Анимация из радиолокационных снимков показывающая озера на поверхности Титана.
На самом деле, полеты этих космических разведчиков вызвало множество новых вопросов, ради решения которых впоследствии, еще один космический аппарат НАСА — Кассини, был направлен для решения этих тайн. В то время как Вояджер-1 должен был пролететь примерно в 126 тысячах километров выше облаков Сатурна, Вояджер-2 пролетел всего в 100 800 километрах от облачного слоя, однако Кассини спускался еще ниже.
Космический корабль НАСА Вояджер был первым, кто получил изображения спутника Сатурна — Энцелада крупным планом (слева). Космический аппарат Кассини впервые, в 2005 году, обнаружил струи водяного пара, бьющие из ледяной луны — Энцелада (справа), это решило вопрос о поверхности луны, в геологическом плане.
Благодаря длительному времени работы Кассини вокруг Сатурна, ученые обнаружили разгадки многих тайн увиденных Вояджером.
Ледяные гейзеры Энцелада
Кассини обнаружил механизм, который объясняет постоянно обновляющийся ландшафт на Энцеладе — тигровые полосы, трещины из которых бьют струи водяного пара и органических частиц. Исследования Кассини показало, что спутник Титан действительно имеет стабильные озера жидких углеводородов на поверхности и весьма похож на Землю, в раннем периоде ее развития. Данные аппарата Кассини также решили, как две маленькие луны, обнаруженные Вояджерами — Прометей и Пандора — воздействуют на кольцо F, которое имеет странную перекрученную форму.
Галерея захватывающих снимков межпланетного аппарата Кассини
Для полноты ощущений, смотрите в полноэкранном режиме (квадратик справа вверху).
«Кассини обязана аппаратам Вояджер своими многочисленными открытиями», говорит Линда Спилкер, ученый проекта Кассини Лаборатории реактивного движения, начавшая свою карьеру, работая с 1977 по 1989 год. «Данные Кассини, мы все еще сравниваем с результатами Вояджера и гордо опираемся на это наследие».
Шестиугольник Сатурна
Но Вояджеры оставили еще немало тайн, которые Кассини еще не решил. Например, ученые впервые заметили шестиугольную структуру на северном полюсе Сатурна, на изображениях Вояджеров.
Кассини получил фотографии северного шестиугольника в более высоком разрешении. Эти данные рассказывают ученым о удивительно стабильной волне в атмосфере планеты, которая поддерживает шестиугольник Сатурна вот уже 30 лет.
Спицы в кольцах
Ученые впервые увидели эти облака мельчайших частиц, известных как «спицы» в изображениях космических аппаратов Вояджер НАСА. Считается что спицы вызваны электростатически заряженными мельчайшими частицами, которые поднимаются выше плоскости кольца, но ученые до сих пор выясняют, как частицы получают этот заряд.
Еще большее недоумение, вызвали несколько клиновидных, облаков мельчайших частиц, которые обнаружили в кольцах Сатурна. Ученые окрестили их «спицы», потому что они похожи на велосипедные спицы. Команда Кассини искала их, с тех пор как космический корабль впервые прибыл к Сатурну. Во время равноденствия на Сатурне, солнечный свет подсветил кольца с ребра и спицы проявились в наружной части кольца В Сатурна. Ученые Кассини все еще проверяют свои теории о том, что же может быть причиной этих странных явлений.
Будущее аппаратов Voyager
Сегодня, космические аппараты Вояджер по-прежнему, как пионеры, путешествуют к краю нашей Солнечной системы. Мы не можем ждать от этих космических аппаратов исследования настоящего межзвездного пространства, но данные о галиопаузе они передают вполне успешно. Планируется что энергии их радиоизотопных генераторов хватит еще до 2030 года, а потом безжизненные корабли, по инерции, будут лететь в космическом пространстве, до встречи с какой-либо звездой.
Изображение Вояджера-1 (слева) показывает конвективные облака на Сатурне, снятые в 1980 году. Изображение Кассини (справа) от 2004 года, показывает шторм в атмосфере гиганта под названием Дракон, который был мощным источником радиоизлучения, обнаруженного Кассини. Это радиоизлучение очень похоже на всплески радиоизлучения порожденного молниями на Земле. В 2009 году Кассини прислал фотографии мигающих молний в атмосфере Сатурна.
Вояджер-1 был запущен 5 сентября 1977 года, и в настоящее время находится на расстоянии около 17 миллиардов километров от Солнца. Это самый дальний космический корабль. Вояджер-2, был запущен 20 августа 1977 года, в настоящее время находится на расстоянии около 14 миллиардов километров от Солнца.
Ролик сделанный из изображений, полученных космическим аппаратом Кассини, показывает ураганы и бури, которые циркулируют вокруг северного полюса планеты.
Вояджеры были построены в JPL, которой управляет Калифорнийский технологический институт. Миссия Кассини-Гюйгенс является совместным проектом НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. JPL также управляет Кассини, а орбитальный аппарат и его две бортовые камеры были спроектированы, разработаны и собраны в JPL.
Видео показывающее открытия Кассини сделанные в течении 15 лет работы
NASA/JPL-Caltech/UCLA
Небесные тела различных спектральных классов по сравнению с Солнцем
Те же объекты в инфракрасной съёмке
Иногда достаточно лишь склеить отдельные фотографии в панорамное изображение — такими мы видим снимки, присланные марсоходами. Но чаще требуется выполнить больше задач. Роберт Хёрт (Robert Hurt) — астроном из Центра обработки и анализа инфракрасных изображений при Калифорнийском технологическом институте и эксперт по работе в программе Photoshop — рассказал , что одним из этапов является удаление со снимка лишних деталей. В частности, фототехника может создать артефакты, которые будут выглядеть как реальные объекты Вселенной, но на самом деле их там нет.
Во многих случаях необходимо усилить контрастность полутоновых изображений, взятых на разных участках инфракрасного диапазона. Благодаря этому лишние объекты выводятся из поля зрения, а на наиболее интересных, напротив, делается акцент. Для получения более точного изображения нередко совмещаются данные с нескольких телескопов, а при помощи красного, зеленого и синего слоев Photoshop можно добавить видимые цвета фотографиям, сделанным в инфракрасном излучении.
Итогом работы становится файл объемом в несколько десятков гигабайт, где совмещены данные с нескольких телескопов. Специалист, подготовивший немало снимков для Национального управления по воздухоплаванию и исследованию космического пространства (NASA), добавляет, что его работа позволяет широкой публике познакомиться с открытиями в сфере космоса и получить максимально точное представление о них.
Большинство космических аппаратов дистанционного зондирования заняты изучением процессов, происходящих на поверхности Земли , наподобие того как большинство телескопов астрономического назначения изучают лишь небесные тела за пределами Земли . Однако в некоторых случаях спутники для наблюдения за поверхностью Земли перенацеливаются для фотографирования других космических аппаратов, так же как и наземные астрономические инструменты. Большинство этих случаев связаны с необходимостью сбора дополнительной информации об аварийном космическом аппарате , либо с необходимостью изучения секретных военных спутников . В этом обзоре я решил рассмотреть опубликованные снимки таких наблюдений.
Тот факт, что обычные спутники дистанционного зондирования могут фотографировать не только поверхность
Земли
, наглядно показал первый коммерческий спутник высокого разрешения -
Ikonos-2
. Этот аппарат
отметился фотографированием
Луны
и системы
Юпитера
. Фотографирование космических аппаратов с борта других космических аппаратов представляет собой значительно более сложную задачу, так как оба участника съемки движутся с космическими скоростями. В 20 веке об этой возможности ходили только смутные предположения насчет военных спутников, лишь в 21 веке были опубликованы первые фотографии подтверждающие, что это действительно возможно.
12 апреля 2012 года неожиданно была потеряна связь с самым дорогостоящим европейским спутником Envisat
(его разработка обошлась ЕКА
в 3 млрд. долларов). Этот спутник массой в 8 тонн проработал около 10 лет. Для того чтобы лучше понять причины выхода из строя этого аппарата, европейское космическое агентство использовало другие свои спутники оптического наблюдения для фотографирования спутника Envisat
. Уже 15 апреля спутник Plеiades 1A
, предназначенный для фотографирования поверхности Земли
с разрешением в 0.7 метров на пиксель с высоты в 700 км с помощью 0.7-метрого телескопа получил удивительные по качеству снимки спутника Envisat
с расстояния в 100 км:
Для сравнения солнечная батарея спутника обладает размером 14 на 5 метров. Одновременно с этим достижением был опубликован ещё один снимок Plеiades 1A другого европейского спутника Spot-5 :
На этом снимке хорошо видна солнечная батарея, состоящая из пяти секций. Эта особенность является типичной для первых спутников программы Spot :
При этом интересно отметить, что корпус спутника Spot-5 является наиболее крупногабаритным среди любого из спутников программы Spot :
Другим ярким примером возможности космической фотосъемки стали снимки на марсианской орбите, полученные с помощью аппарата Mars Global Surveyor . На этом зонде была установлена камера Mars Orbiter Camera , позволяющая получать снимки марсианской поверхности с разрешением в 1.4 метра на пиксель с высоты в 380 км. 35-см телескоп этой камеры использовался не только для фотографирования поверхности Марса , но и его спутников, а так же Земли с Луной :
В апреле 2005 года камера была использована для фотографирования других орбитальных зондов на марсианской орбите. Для Марс Одиссея было получено два снимка с расстояния в 90 и 135 км (хотя при этом отмечается, что аппараты могут сближаться до 15 км):
Разрешение этих снимков лучше одного метра на пиксель, по времени их разделяет всего 7.5 секунд. Для фотографирования была использована следующая схема:
Описание того, что видно на снимках:
Так же эта камера сфотографировала 20 апреля 2005 года и европейский зонд Марс Экспресс с расстояния в 250 и 350 км:
Из-за высоких взаимных скоростей на снимке аппарат вытянулся в полосу длиной в 15 метров и шириной в 1.5 метра. Схема габаритов аппарата:
Через 1.5 года, 2 ноября 2006 года связь с Mars Global Surveyor была внезапно потеряна. Для того чтобы выяснить, что случилось с 10-летним аппаратом, NASA решило использовать свой новейший и самый совершенный марсианский зонд - MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) . На MRO установлена камера HiRES , представляющая собой 0.5-метровый телескоп, и способна получать снимки марсианской поверхности с разрешением в 0.3-метра на пиксель. Снимки системы Земля-Луна с помощью HiRES :
Спустя несколько дней после потери MGS (Mars Global Surveyor) камера HiRES попыталась сфотографировать сломавшийся зонд. С расстояния в 150 км разрешение снимков должно было достичь 10 см на пиксель. Однако к удивлению специалистов на снимках ничего не было обнаружено, вероятно, MGS в ходе аварии перешел на другую орбиту.
Впрочем, ближайший родственник MRO - зонд LRO смог отметиться похожим снимком. Только не на марсианской, а на лунной орбите. На этом зонде установлена камера LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera), которая представляет собой 30-см телескоп, способный получать снимки лунной поверхности с разрешением в 0.5 метров на пиксель с высоты в 50 км. Снимок Земли во время солнечного затмения 21 августа 2017 года:
С другой стороны наземные оптические телескопы способны обнаруживать космические аппараты до значительно больших дистанциях. Так аппарат OSIRIS- Rex (с размерами 2.44 х 3.15 метров) был обнаружен Большим бинокулярным телескопом (LBT) за 20 дней до пролета Земли в 2017 году. В этот момент станция обладала видимым блеском в 25 звездных величин, и находилась в 12 млн. км от Земли .
Некоторые другие известные снимки спутников с наземных телескопов:
