Какие детали Хаббл может увидеть на Марсе?

Я исследую сцену для научно-фантастического романа, в котором главные герои ближайшего будущего наблюдают за Землей через установленный на станции телескоп на орбите Марса. Моя цель - понять, насколько подробно они могут разумно различить.

Телескоп Хаббл, вероятно, является разумным сравнением для моих целей. Я нашел изображения, сделанные Хабблом Марса во время близкого приближения, но я не знаю, представляют ли они наилучшее возможное разрешение или просто разрешение, которое было выбрано или доступно в то время, или действительно, если вся планета была изображена на более высоком разрешение, чем фотография, опубликованная в популярных СМИ.

Может ли телескоп «Хаббл» наблюдать значительно больше деталей, чем показано в статье ниже? Если так, что может быть разумно решено? Большие города? Отдельные здания?

От Хаббла Vox.com можно увидеть галактики невероятно далеко. Вот что происходит, когда он смотрит на Марс и Сатурн.

выше: обрезано из источника НАСА, ЕКА и STScI

выше: обрезано из источника НАСА / Хаббл

— Эрик Дж.
источник

Во-первых, вы должны понимать, что увеличение - это не то, о чем вы хотите спросить, а угловое разрешение.

— AtmosphericPrisonEscape

Я поставил изображения под вопрос, потому что со временем ссылки ломаются (популярные сайты перемещаются или архивируют старые статьи), и тогда вопрос становится недействительным. Таким образом, будущие читатели все еще смогут увидеть, о каких изображениях идет речь. Кроме того, они действительно красивы!

— ухо

Разрешение публичных изображений кажется мне подходящим. Я уверен, что с помощью тяжелой обработки можно извлечь больше деталей, но это также приводит к созданию артефактов.

— Флорин Андрей

@Tim В целом изображения из НАСА находятся в свободном доступе для публичного использования, но я не знаю точную лицензию. Сама политика, вероятно, намного старше, чем cc by-sa, и может быть определена законодательством США как часть мандата на финансирование. Это, безусловно, в Интернете. spacetelescope.org/copyright Если есть что обсудить, возможно, это хорошая тема для мета-вопроса.

— ух,

В случае, если вам нужно описать масштаб этого телескопа в человеческих справочных терминах, это удобная графика из Википедии.

— епископ

Ответы:

Забудьте об увеличении. Люди, которые знают телескопы, не думают с точки зрения увеличения. Важное значение имеет угловое разрешение или разрешающая способность: угловой размер мельчайших деталей, которые вы можете видеть на инструменте.

Основное правило: разрешающая способность телескопа диаметром 10 см составляет 1 секунду при использовании видимого света. Числа обратно пропорциональны. 20-сантиметровый телескоп разрешает детали размером 0,5 дуги. 1-метровый телескоп разрешает 0,1 угловых секунды.

Хаббл имеет апертуру (диаметр) 2,4 м, поэтому его разрешающая способность составляет 0,04 угловых секунды.

Минимальное расстояние между Землей и Марсом составляет около 55 миллионов км, и это происходит очень редко. Максимальное расстояние 400 мил км. «Среднее» расстояние составляет 225 мил. Км (но фактическое расстояние все время меняется).

Давайте применим тангенс 0,04 угловых секунды на 55 мил км:

https://www.wolframalpha.com/input/?i=tan(0.04+arcseconds)+*+55000000

Это 10 км. Было бы возможно увидеть только основные географические особенности.

Чтобы увидеть здания (до масштаба 10 м), потребуется увеличение разрешения в 1000 раз. Это означает, что апертура 2,4 км. Ни один из классических дизайнов телескопа не может это обеспечить. Это должен быть своего рода интерферометрический дизайн - большое плоское поле, в котором несколько зеркал расположены на расстоянии нескольких километров друг от друга и оптически связаны, чтобы функционировать как одно огромное зеркало (ну, вроде - это скорее интуитивное объяснение).

Он будет похож на прецизионный оптический интерферометр ВМС около Флагстаффа, Аризона.

Некоторые из широких, плоских частей Valles Marineris могут служить хорошим местом для интерферометра. Acidalia Planitia предоставила бы еще больше места для строительства огромных интерферометров, и должна быть хорошим местом для построения структур в целом - от плоских до горизонта; это место, где большая часть книги / фильма «Марсианин» излагает свою историю. Но любое большое, достаточно плоское поле будет работать.

Все вышеперечисленное предполагает расстояние ближайшего сближения между Землей и Марсом. На практике расстояние больше этого, поэтому диафрагма должна увеличиваться. Вы рассматриваете интерферометр с базой в десятки километров, если хотите различить такие структуры, как здания.

Возможно, интерферометр может быть построен на орбите, но вы должны убедиться, что расстояние между зеркалами поддерживается с необычайной точностью. На поверхности планеты земля обеспечивает необходимую жесткость. В космосе тебе придется ... Я не знаю, использую космическую магию.

— Флорин андрей
источник

Спасибо, это удивительно подробный ответ. Сюжет никоим образом не зависит от просмотра мелких объектов, поэтому я воспользуюсь возможностью определения основных географических объектов. Я стараюсь, чтобы наука была в моих романах, и очень ценю вашу помощь!

— Эрик Дж

@EricJ. - Хорошо, тогда орбитальный телескоп будет работать. Удачи с вашим проектом!

— Флорин Андрей

@ PM2Ring. Действительно, я упоминаю об Олимпе в этой истории. В этой сцене орбитальная станция (вокруг Марса) потеряла связь с землей через несколько недель после вторжения инопланетян. Роль телескопа в этой сцене состоит в том, чтобы подчеркнуть их отчаяние из-за новостей из дома. На самом деле это ничего им не говорит, но я хочу точно описать то, что они видят. Он отлично работает в сюжетных целях, поскольку они могут видеть только основные географические объекты. Спасибо за мысль!

— Эрик Дж

@ChrisStratton Дело не в том, что телескоп должен быть на орбите, а в том, что люди оказываются там. Марсианская атмосфера настолько тонка, что, насколько я знаю, она не должна сильно влиять на наблюдательную астрономию. Я полагаю, что они могли бы построить большой телескоп на поверхности (например, на Олимпе Монс, как предложено выше), если бы у них было достаточно времени, но история уведет их в другом направлении.

— Эрик Дж

Вместо того, чтобы пытаться смотреть на детали изображения, как на здания, ваши персонажи, вероятно, будут смотреть на такие вещи, как схемы освещения на ночной стороне (нормальные, отсутствующие, внезапные вспышки с вызывающими беспокойство спектрами), возможно, нарушенные погодные условия, радиосвязь (обычная, отсутствует, никогда раньше). видел модуляции) и тд. Это почти проблема SETI, но теперь с тремя вариантами - знакомый, ничего, незнакомый

— Крис Страттон

$10^{-7}$ составляет около 54,6 млн. км, поэтому теоретическое минимальное разрешение составляет от 5 до 6 км. Такие большие города могут быть видны, если они имеют много контраста. Поскольку при ближайшем подходе наблюдатель на Марсе смотрит прямо на ночную сторону Земли, хорошо освещенный город может быть легко заметить, с другой стороны, они также смотрят более или менее прямо на Солнце, что может дать некоторые проблемы. Тем не менее, будут времена, когда расстояние составляет всего 70 или 80 миллионов км, а угол от Солнца более управляемый, поэтому разрешение 10 км в ультрафиолетовом диапазоне, 20 в видимом свете, заслуживает доверия.

— Стив Линтон
источник

Для меня неясно, совпадает ли минимальное расстояние Земля-Марс с транзитом Земли через солнечный диск, видимый с Марса. Поскольку орбиты не совсем копланарны, совпадение не гарантировано - по крайней мере, это моя интуиция. Я могу ошибаться.

— Флорин Андрей

@ Флорин Хороший вопрос. Самый близкий подход действительно происходит, когда Марс находится в оппозиции, но это не может быть транзитом. Могу поспорить, Мосс мог бы сказать нам ...

— PM 2Ring

@FlorinAndrei Орбитальные плоскости планет немного наклонены относительно друг друга (несколько градусов) - они довольно далеки от копланарных. Учитывая крошечный угловой размер Солнца (0.5 ° от Земли POV) и огромные расстояния, транзиты на самом деле довольно редки. Транзиты Земли, видимые с Марса, происходят всего несколько раз за столетие!

— Оскар Браво