Pomóc zrozumieć niepokojący obraz pierścieni Tytana, Epimetheusa i Saturna?

19

Artykuł w NY Times Pierścienie Saturna są wyrzeźbione przez załogę mini-księżyców jest naprawdę interesujące i zawiera linki do ostatniego płatnego artykułu w Science Close Cassini muchy pierścieniowe Saturna: pierścienie księżycowe Saturna Pan, Daphnis, Atlas, Pandora i Epimetheus

Ale absolutnie nie rozumiem jednego ze zdjęć w artykule w NY Times, pokazanym poniżej. Tytan wydaje się być ...

  1. za pierścieniami Saturna, a jednak tak jest
  2. ogromny względny odstęp między pierścieniami, a jednak to
  3. wydaje się nieostry, gdy pierścienie i Epimetheus są ostre.

Czy ktoś może mi pomóc zrozumieć, w jaki sposób wszystkie mogą być prawdziwe jednocześnie?


Na pierwszym planie księżyc Epimetheus wydaje się unosić nad pierścieniami Saturna. Epimetheus jest przyćmiony przez Titana w tle. CreditNASA / JPL / Space Science Institute

Pierścienie Epimetheusa, Tytana i Saturna

Epimetheus, Titan i Saturn's Rings przycięte

O o
źródło
2
Coś, co może przyczynić się do tej iluzji, to zastosowany niezwykle wąski kąt. Wiem, że Tytan jest znacznie dalej niż pierścienie, więc intuicyjnie spodziewam się, że będzie wyglądał znacznie mniej niż jest, więc na tym zdjęciu wygląda niesamowicie. Ponieważ ogniskowa aparatu jest tak wysoka, Titan nie jest tak naprawdę większy, niż się wydaje.
DarthFennec
1
@DarthFennec tak, drugi link w tym komentarzu pokazuje, że pole widzenia dla tego zdjęcia wynosi tylko około 0,35 stopnia.
uhoh
2
Jak pierścienie są tak cienkie, jeśli księżyce wydają się mieć bardzo różne skłonności? To wydaje mi się dziwne.
Mazura
1
Piękny, oszałamiający obraz. Jeśli jeszcze tego nie widziałeś, chciałbym polecić klasyczną rozmowę TED Carolyn Porco o Cassini. Warto obejrzeć; patrzy na to z perspektywy ;-).
Peter - Przywróć Monikę

Odpowiedzi:

13

Symulator układu słonecznego JPL nie pokazuje Epimetheusa, ale pokazuje Tytana za luką Encke w dniu 28.04.2006, 08:12 UTC.

Tytan o 08:12, wąskie pole

Symulowana tekstura powierzchni prawdopodobnie składa się z obrazów VIMS o długości fali w podczerwieni, w których atmosfera Tytana jest względnie przezroczysta. Na prawdziwym Tytanie zamglenie rozprasza światło widzialne tak mocno, że powierzchnia jest niewyraźna, a krawędź wygląda na rozmytą.

Jeśli pomniejszymy, widzimy, że patrzymy w pobliżu zewnętrznej krawędzi pierścieni pod bardzo płytkim kątem. Właśnie dlatego pokrywają mniej niż połowę pozornej średnicy 10-minut łukowych Tytana.

Ponieważ Epimetheus pojawia się nad pierścieniami, gdy patrzymy od dołu, musi znajdować się przed nimi.

Tytan o 08:12, szerokie pole

Zdjęcia symulowane dzięki uprzejmości NASA / JPL-Caltech

Mike G.
źródło
1
Wow, nie miałem pojęcia, że ​​JPL ma taką stronę Symulatora Układu Słonecznego. Te są bardzo pomocne, dzięki!
uhoh
30

Ta strona NASA mówi, że to zdjęcie zostało zrobione 28 kwietnia 2006 r.

Korzystając z Celestii , udało mi się znaleźć zdjęcie Cassini, które najlepiej pasuje do zdjęcia. Nie pasuje dokładnie, ale należy się tego spodziewać, ponieważ obliczone elementy orbitalne wszystkich księżyców (i Cassini) w oprogramowaniu niekoniecznie dokładnie pasują do rzeczywistości. cassini celestia strzał tytana

Poniżej znajduje się pomniejszona wersja tego zdjęcia. Możesz zobaczyć Tytana w środku i Epimetheusa jako kropkę na górze. wprowadź opis zdjęcia tutaj A oto ujęcie z góry od Cassini do księżyców. Zakreślone są Epimetheus i Tytan. wprowadź opis zdjęcia tutaj

Więc, aby odpowiedzieć na twoje pytanie: Titan jest naprawdę duży w porównaniu do epimetheusa (około 50x), Titan ma atmosferę i dlatego wydaje się niewyraźny (jest w centrum uwagi, wszystko w kosmosie jest bardzo daleko i dlatego jest w nieskończoności dla celów ogniskowania) , a pierścienie są bardzo ukośne, więc widać tylko ich niewielki kawałek.

Ingolifs
źródło
Bardzo fajnie, ale jesteśmy tylko w połowie drogi. Dodałem przyciętą wersję i narysowałem prostokąt, który podkreśla, że ​​pierścienie są prawie 40% szersze w pobliżu lewej kończyny Tytana niż prawej kończyny. Czy jesteś w stanie dostosować POV swojej symulacji i tak też się stało? Obecnie sekcja wyświetlanych pierścieni jest tak mała, że ​​nie ma nachylenia.
uhoh
1
Nie chodzi o POV, chodzi o dokładność danych orbitalnych w Celestii. Były dwie koniunkcje epimetheusa i Tytana 28 kwietnia 2006 r. Z punktu widzenia Tytana: jedna za wcześnie (ta na zdjęciu) i jedna za późno (pierścienie nie były już widoczne). AFAIK, Celestia korzysta z bazy danych dokładnych informacji orbitalnych, a nie tylko z elips Keplerowskich, ale wydaje mi się, że nawet to nie jest wystarczająco dokładne, aby odtworzyć to zdjęcie (księżyce Saturna mają bardzo złożone orbity). Jeśli ktoś ma inne oprogramowanie, które śledzi te obiekty z większą precyzją, może opublikować zaktualizowaną odpowiedź.
Ingolifs
Zrobiłem szybki spisek . Wygląda na to, że odległości tylko się pokrywają 08:30 UTC. Mam przeczucie, że przez malutkie pole widzenia 0,35 stopnia kamery o wąskim kącie patrzymy na bardzo zewnętrzną krawędź pierścienia wewnętrznego, dlatego tak szybko się zwęża.
uhoh
2
Powinienem był pamiętać. Epimetheus ma [ en.wikipedia.org/wiki/Horseshoe_orbit](horseshoe orbit). Prawdopodobnie dlatego jest tak niedokładny.
Ingolifs
6

Uwaga: Jest to odpowiedź uzupełniająca, dodająca pewne szczegóły do doskonałej odpowiedzi @ Ingolifs .


Mniej więcej 2006-Apr-28 08:30 UTC w tym samym czasie Cassini znajdowało się zarówno 180000 km od Tytana, jak i 667 000 km od Epimetheusa.

Używałem horyzontów JPL i zapisywałem pozycje we współrzędnych centrowanych ciała Saturna co 5 minut, a następnie uruchomiłem poniższy skrypt python, aby wykreślić. Nie jestem pewien, jak łatwo uzyskać w ten sposób płaszczyznę pierścieni.

wprowadź opis zdjęcia tutaj

wprowadź opis zdjęcia tutaj

class Body(object):
    def __init__(self, name):
        self.name = name

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D

fnames = ['Titan photo Cassini horizons_results.txt',
          'Titan photo Titan horizons_results.txt',
          'Titan photo Epimetheus horizons_results.txt' ]

names  = ['Cassini', 'Titan', 'Epimetheus']

bodies = []

for name, fname in zip(names, fnames):

    with open(fname, 'r') as infile:

        lines = infile.read().splitlines()

    iSOE = [i for i, line in enumerate(lines) if "$$SOE" in line][0]
    iEOE = [i for i, line in enumerate(lines) if "$$EOE" in line][0]

    print iSOE, iEOE, lines[iSOE], lines[iEOE]

    lines = zip(*[line.split(',') for line in lines[iSOE+1:iEOE]])

    JD  = np.array([float(x) for x in lines[0]])
    pos = np.array([[float(x) for x in lines[i]] for i in 2, 3, 4])
    vel = np.array([[float(x) for x in lines[i]] for i in 5, 6, 7])

    body = Body(name)
    bodies.append(body)
    body.JD  = JD
    body.pos = pos
    body.vel = vel

Cassini, Titan, Epimetheus = bodies

r_Titan      = np.sqrt(((Cassini.pos - Titan.pos     )**2).sum(axis=0))
r_Epimetheus = np.sqrt(((Cassini.pos - Epimetheus.pos)**2).sum(axis=0))

hours = 24 * (JD - JD[0])

r_Titan_target      = 1.8E+06 
r_Epimetheus_target = 6.67E+05

hours_Titan      = hours[np.argmax(r_Titan < r_Titan_target)]
hours_Epimetheus = hours[np.argmax(r_Epimetheus[30:] > r_Epimetheus_target)+30]

print hours_Titan, hours_Epimetheus
if True:    
    fig = plt.figure()

    plt.subplot(2, 1, 1)
    plt.plot(hours, r_Titan)
    plt.plot(hours, 1.8E+06 * np.ones_like(r_Titan), '-k')
    plt.ylabel('Cassini-Titan distance (km)', fontsize=16)

    plt.subplot(2, 1, 2)
    plt.plot(hours, r_Epimetheus)
    plt.plot(hours, 6.67E+05 * np.ones_like(r_Epimetheus), '-k')
    plt.ylabel('Cassini-Epimetheus distance (km)', fontsize=16)
    plt.xlabel('2006-Apr-28 hours', fontsize=16)

    plt.show()
O o
źródło
2
Jeśli ustawię lokalizację obserwatora na Epimetheus, to Titan i Cassini mają przeciwną RA o 08:13 UTC. Symulator Układu Słonecznego dopasowuje obraz o 08:12 .
Mike G
@MikeG to dobra wiadomość! Czy możesz dodać odpowiedź za pomocą zrzutu ekranu?
uhoh