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.

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.

Сегодня в 11:24

Вот таким ученые впервые «увидели» Марс
51 год назад, 14 июля 1965 года, космическая станция Mariner 4 приблизилась к Марсу и впервые за всю историю человечества сделала несколько снимков другой планеты. Для фотографирования пришлось использовать большую аналоговую камеру, которая была смонтирована в нижней части аппарата. После того, как камера фотографировала, изображение отправлялось в виде цифрового кода на Землю. После получения этого кода на Земле его нужно было пропустить через декодировщик. Работа этого устройства занимала несколько часов.
Но это были первые в истории человечества изображения Марса, и сотрудники NASA не хотели ждать. Поэтому было решено декодировать изображение своими силами, вручную.

Поскольку код оттенков черного и белого цветов для получаемого кода был известен, специалисты приняли решение раскрасить полученное сообщение карандашами, с цветами от желтого до коричневого. Поэтому получилось так, что первое в мире изображение Марса было не фотографией, а раскрашенным вручную эскизом.


Увеличенный участок изображения

На снимке показан участок поверхности Марса вблизи экватора. С этого ракурса изображение выглядит так, словно его получили, находясь на поверхности Красной планеты. Но на самом деле «склон» в середине кадра - это округлый край планеты. Вот черно-белое изображение, которое дает понять реальное положение аппарата.

Mariner 4 - автоматическая межпланетная станция. Она предназначена для проведения научных исследований Марса с пролётной траектории, передачи информации о межпланетном пространстве и о пространстве около Марса. Предусматривалось получение снимков поверхности и проведение эксперимента по радио-затмению планетой сигнала со станции для получения информации об атмосфере и ионосфере. Головная организация по проектированию, изготовлению и испытаниям - Лаборатория реактивного движения NASA (Jet Propulsion Laboratory или JPL). Разработка отдельных систем выполнялась различными промышленными организациями и высшими учебными заведениями.

Так выглядели Mariner 3 и 4. Внизу - не пушка, как может показаться, а видеокамера (Изображение: NASA)

Этот аппарат стал первым космическим аппаратом, который сделал снимки другой планеты с близкого расстояния и передал их на Землю. Mariner 4 сделал 21 полную фотографию Марса и 1 неполную. Неполная фотография была получена из-за того, что Марс закрыл аппарат, радиосвязь с Землей прервалась. Это произошло с 14 на 15 июля.

Как и в случае с Венерой, снимки атмосферы и поверхности которой человечество смогло получить через несколько лет после сближения Mariner 4 с Красной планетой, фотографии Марса позволили перейти от домыслов о строении поверхности к фактам и теориям. Миф о каналах на поверхности Марса , невольными авторами которого являются астрономы Джованни Скиапарелли и Персиваль Лоуэлл, существовал очень долгое время. Он послужил причиной того, что ученые и обыватели долгое время считали каналы творением рук марсиан. Скиапарелли, наблюдая за Марсом, назвал обнаруженные линии итальянским словом «canali», которое обозначает любые протоки (как естественного так и искусственного происхождения), и может переводиться на английский как «channels», «canals» или «grooves» (каналы, искусственные каналы или борозды). При переводе его работ на английский использовалось слово «canals», употребляемое в английском языке для обозначения каналов искусственного происхождения. Сам он в последствии не уточнял, что именно имел в виду. Но уже мало кто подвергал сомнению обитаемость Марса: кто-то ведь должен был создать эти каналы планетарного масштаба.

Созданная в 1962 году специалистами военно-воздушных сил США карта Марса демонстрировала наличие каналов на его поверхности. Эта карта использовалась NASA для планирования маршрута Mariner. Прямоугольниками отмечены места, сфотографированные камерами Mariner 4

Но аппарат не увидел никаких каналов - ни рукотворных, ни природных. Фотографии и данные, предоставленные инструментами станции показали, что Марс - это сухая и холодная планета с отрицательной температурой поверхности. Планету пронизывает космическое излучение - у нее нет ионосферы для защиты от частиц высокой энергии. Mariner 4 не нашел никаких следов присутствия цивилизации на Марсе. Поэтому в 1965 году миф о наличии каналов на поверхности планеты удалось развеять.

Сейчас, спустя полвека, у человека достаточно инструментов для изучения Марса. На его поверхности трудятся Curiosity и Oppotunity. На орбите находится сразу несколько космических аппаратов, включая Mars Reconnaissance Orbiter и Mangalyaan. Все это позволяет тщательно изучать Марс, делая интересные открытия. Например, орбитальные аппараты помогли узнать о периодическом появлении жидкой воды на поверхности Красной планеты.

Начало этому изучению положил Mariner 4. Его 50-летний юбилей совпал с датой пролета станции New Horizons мимо Плутона.

Всего полвека назад ученые разрисовывали полученные из космоса закодированные изображения карандашами.А сейчас астрономы получают детальные изображения удаленных от Земли объектов, таких, как Плутон и комета Чурюмова-Герасименко, Харон и Церера. Интересно, что будет еще через 50 лет?

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:

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