Cała przestrzeń międzygwiazdowa i międzyplanetarna jest wypełniona promieniowaniem kosmicznym. Jest to efekt promieniowania gwiazd, dysków akrecyjnych czarnych dziur, gwiazd neutronowych i pulsarów, eksplozji supernowych… Prawie każdy kataklizm we Wszechświecie jest przyczyną emisji promieniowania. Promieniowanie jest problemem dla astronautów i elektroników, ale dla naukowców jest to dar poznania wielu szczegółów dotyczących kosmosu. Kontynuujemy przegląd instrumentów naukowych używanych do badania układu słonecznego.
Wcześniej dowiedzieliśmy się, jak badane są planety za pomocą środków optycznych.
Spektroskopia gamma
Zakres gamma to w zasadzie także optyka, ponieważ promienie gamma to wysokoenergetyczne fotony. Ale spektroskopia gamma w badaniach planetarnych nie dotyczy tych promieni, które są emitowane przez gwiazdy i czarne dziury, ale te, które oświetlają planety i inne pozatmosferyczne lub słabo atmosferyczne ciała kosmiczne.
Planety i asteroidy zaczynają emitować promieniowanie gamma, gdy są bombardowane bardziej masywnymi cząsteczkami: wysokoenergetycznymi protonami, promieniami alfa-beta i neutronami. Naładowane cząsteczki uderzają w powierzchnię gleby i zaczyna emitować w gamie. I, co jest typowe, każdy pierwiastek chemiczny emituje we własnym zakresie. Oznacza to, że wystarczy trzymać spektrometr gamma nad powierzchnią, aby zrozumieć, z czego się składa. Zrozumiemy więc tylko skład chemiczny, a nie geologiczny, ale uzupełniając go informacjami np. Ze spektrometrów podczerwieni iz kamer widzialnego zakresu możemy uzyskać bardziej wizualny obraz.
Film promocyjny:
Tak więc, korzystając ze spektrometrii gamma, naukowcy dowiedzieli się o stosunkowo wysokich stężeniach rud toru, żelaza i tytanu na Księżycu.
Za pomocą takiego urządzenia na Mars Odyssey udało się znaleźć na Marsie dwa regiony z anomalnie wysoką zawartością rud toru i prawdopodobnie uranu. Jest całkiem możliwe, że kiedyś zachodziły tam procesy jak w Afryce, z utworzeniem naturalnego reaktora jądrowego. To prawda, inni, na podstawie tych samych danych, mówią o wojnie termojądrowej … W każdym razie jest to zachęcające odkrycie, ponieważ oznacza, że elektrownie jądrowe przyszłych osadników marsjańskich mogą pracować na lokalnych surowcach.
Detektory neutronów
Neutrony kosmiczne, w przeciwieństwie do cząstek alfa i beta, nie są całkowicie wchłaniane przez glebę. Część neutronów odbija się od powierzchni kamiennych ciał, podczas gdy udaje im się zapaść w ziemię na około pół metra. Neutrony powracające z powierzchni z reguły poruszają się już znacznie wolniej, ich prędkość i energia zależą od tego, przez co przeszły w glebie. Dokładniej, za ich pomocą mierzony jest tylko jeden parametr - zawartość wodoru.
Wodór ze względu na lekkość atomów skutecznie spowalnia neutrony w zderzeniach sprężystych, a skuteczność ta zależy bezpośrednio od jego stężenia. Jednocześnie w postaci wolnej wodór nie pozostanie w glebie, zwłaszcza tam, gdzie ciśnienie atmosferyczne dąży do zera. Aby zmagazynować wodór w glebie, należy go związać na poziomie chemicznym, a najlepszym lekarstwem pozostaje woda. W ten sposób lecąc nad powierzchnią i zbierając dane o prędkościach "startujących" neutronów można określić przybliżoną zawartość wody w glebie. Oczywiście im niżej lecimy, tym dokładniejsze będą dane. Satelity nadal dają błąd plus lub minus sto kilometrów.
To przy pomocy rosyjskich instrumentów LEND i HEND uzyskano dane dotyczące rozkładu wodoru / wody w przypowierzchniowych glebach Księżyca i Marsa.
A jeśli dane marsjańskie zostały już potwierdzone dwukrotnie, to księżycowe wciąż czekają na ich weryfikację. Na Marsie lądownik Phoenix wylądował w regionie okołobiegunowym, a tam, gdzie HEND obiecał do 70% wody w ziemi, tuż pod pyłem znaleziono warstwę lodu wodnego. A w Kraterze Gale, gdzie pracuje łazik Curiosity, HEND obiecał 5%, zawartość wody w ziemi waha się od 3% do 5%, a rzadko spotyka się sześć procent „oaz”.
Po takim sukcesie HEND, jego brat DAN „siedział” bezpośrednio na łaziku, a teraz zbiera dane nie z wysokości 300 km, jak jego poprzednik, ale z 0,5 m. To prawda, że głębokość sondowania nadal nie przekracza 1 metra, ale rozdzielczość przestrzenna wzrosła od kilkudziesięciu kilometrów do centymetrów.
Jednak pomimo sukcesu detektorów neutronów nie ma do nich ostatecznego zaufania. Lodowce na Księżycu wciąż czekają na swojego odkrywcę, a agencje kosmiczne, a także firmy prywatne, coraz większą uwagę zwracają na bieguny Księżyca. Chociaż stężenie tam wilgoci, według danych satelitarnych, nie przekracza 4%.
Radary
Z Ziemi zaczęto sondować planety w zasięgu radiowym. Wiele informacji podał radioteleskop Arecibo o średnicy 300 metrów. Na przykład w latach 80. odkrył na biegunach gorącego Merkurego dziwne odbicie, jakie może dać lód wodny. Naukowcy przez długi czas nie mogli uwierzyć, że na planecie najbliżej Słońca mogą istnieć lodowce. Musiałem czekać na wyniki sondy Messengera, która za pomocą detektora neutronów i laserowego pomiaru odległości była w stanie potwierdzić obecność lodu.
Arecibo pokazał imponujące zdjęcia podczas supermoonu 2013. Na Księżycu z jego pomocą może zobaczyć konsekwencje katastrofalnych strumieni lawy i „powodzi”.
Łącząc te obrazy z mapami rozmieszczenia minerałów uzyskanymi ze spektrometrów orbitalnych, możliwe jest sporządzenie szczegółowej mapy geologicznej tego obszaru oraz odtworzenie ewolucji powierzchni. Chociaż dziwne jest, że do tej pory satelita z potężnym radarem nie został wysłany na Księżyc.
Ale na Wenus poleciały trzy satelity radarowe. Nie ma innego sposobu na badanie powierzchni z orbity tej planety. Venera-15 i -16 sporządzili mapę bieguna północnego w latach 80., a następnie w latach 90. Magellan sporządził kompletną mapę.
Teraz Cassini jest zajęty podobnym biznesem na orbicie Saturna. Tutaj radar jest używany do penetracji gęstej atmosfery Tytana. W trakcie licznych lotów stacja kosmiczna stopniowo odsłania wieczną zasłonę i odsłania nauce ten naprawdę niesamowity świat, pod pewnymi względami niewiarygodnie podobny do ziemskiego, ale w pewien sposób uderzająco inny.
Wielokrotne badania radarowe pozwalają nie tylko na mapowanie, ale także obserwację dynamicznych procesów. W ten sposób w tajemniczy sposób pojawiła się, a następnie zniknęła wyspa, którą uznano za oznakę trwających zmian sezonowych. Być może była to lodowa góra lodowa, która uderzyła w morze metanu.
Inne długości fal i różne konstrukcje radarów pozwalają zejść głębiej. Na orbicie Marsa znajdują się dwa statki kosmiczne wyposażone w „echosondy”, które penetrują skorupę planety na 1-3 kilometry.
Badanie europejskiego statku kosmicznego Mars Express umożliwiło uzyskanie informacji o sile i strukturze lodu polarnego, odróżnienie lodu dwutlenku węgla od lodu wodnego oraz oszacowanie rezerw wodnych.
Jego skanowanie ujawniło również starożytne kratery asteroid, pogrzebane przez setki metrów lawy wulkanicznej i osadów oceanu marsjańskiego na półkuli północnej planety. Naukowcy wielokrotnie odnotowywali pozorną różnicę w liczbie kraterów meteorytowych na południowej i północnej półkuli Marsa, a firma Mars Express rozwiązała zagadkę. Jeśli ktokolwiek nadal miał nadzieję na Marsjan zagrzebanych z próżni, suszy i mrozu w submardzkim Syjonie, to mam dla niego złą wiadomość …
Sonda New Horizons ma również instrumenty do badań radarowych, ale rozmiar anteny jest mniejszy niż wielu kolegów z międzyplanetarnych, więc badania będą się koncentrować na znajdowaniu i badaniu atmosfery.
Z niecierpliwością czekam na wyniki radarowego skanowania jądra komety 67P / Churyumov-Gerasimenko, które zostało wykonane przez sondę Rosetta i Philae dla pary.
Radar trafił nawet na Księżyc. Chiński „Jade Hare” zdołał przejść zaledwie sto metrów, ale nawet na nim udało mu się wydobyć najciekawsze profile powierzchni Księżyca na głębokość około czterystu metrów. W przyszłości takie informacje będą miały kluczowe znaczenie przy budowie księżycowej stacji, bazy czy osady.
Spektroskopia protonów alfa
Jeśli chodzi o badanie ciał kosmicznych za pomocą lądownika, prawie niemożliwe jest obejście się bez dotykania momentów spektroskopii fluorescencji alfa-protonowej.
Urządzenia typu APXS (Alpha Particle X-Ray Spectrometer) zostały zainstalowane na wszystkich łazikach Marsa NASA. APXS jest dostępny na lądowniku Philae w jądrze komety 67P / Churyumov-Gerasimenko. Podobne urządzenie (RIFMA) znajdowało się na radzieckich łazikach księżycowych.
Zasada działania metody przypomina spektroskopię gamma, z tym że czujnik posiada własne źródło naładowanych cząstek (pewnego rodzaju izotopów promieniotwórczych), głównie promieni alfa. Badana próbka jest napromieniowana promieniowaniem i zaczyna jarzyć się w zakresie rentgenowskim.
Ponadto każdy pierwiastek chemiczny jarzy się na swój sposób, co umożliwia uzyskanie widm składu pierwiastkowego.
To nie jest wyczerpujący przegląd sprzętu do badania Układu Słonecznego. Z reguły instrumenty astrofizyczne są również instalowane na pojazdach międzyplanetarnych w celu rejestracji cząstek energetycznych, promieniowania międzyplanetarnego, plazmy i pyłu. Loty międzyplanetarne umożliwiają również badanie przestrzeni kosmicznej, relacji Słońca, planet i ośrodka międzygwiazdowego, ale to już inna historia.