Badam scenę do powieści science fiction, w której bohaterowie w niedalekiej przyszłości obserwują Ziemię za pomocą zamontowanego na stacji teleskopu na orbicie Marsa. Moim celem jest zrozumienie, jak wiele szczegółów mogliby dostrzec.
Teleskop Hubble'a jest prawdopodobnie rozsądnym porównaniem do moich celów. Znalazłem zdjęcia wykonane przez Hubble'a z Marsa podczas zbliżania się, ale nie wiem, czy reprezentują one najlepszą możliwą rozdzielczość, czy po prostu rozdzielczość wybraną lub dostępną w tym czasie, a nawet jeśli cała planeta została zobrazowana na wyższej rozdzielczość niż zdjęcie opublikowane w popularnych mediach.
Czy teleskop podobny do Hubble'a może obserwować znacznie więcej szczegółów niż pokazano w poniższym artykule? Jeśli tak, to co można rozsądnie rozwiązać? Duże miasta? Pojedyncze budynki?
Z Hubble'a Vox.com można zobaczyć galaktyki niemożliwie daleko. Oto, co dzieje się, gdy spojrzy na Marsa i Saturna.
powyżej: przycięte z Source NASA, ESA i STScI
powyżej: Wykadrowane z Source NASA / Hubble
Odpowiedzi:
Zapomnij o powiększeniu. Ludzie znający teleskopy nie myślą w kategoriach powiększenia. Liczy się rozdzielczość kątowa lub moc rozdzielcza: rozmiar kątowy najmniejszych detali, które można zobaczyć w instrumencie.
Ogólna zasada: moc rozdzielcza teleskopu o średnicy 10 cm wynosi 1 sekundę łukową przy zastosowaniu światła widzialnego. Liczby są odwrotnie proporcjonalne. Teleskop 20 cm rozpoznaje detale o wielkości 0,5 sekundy łukowej. Teleskop 1 metr rozwiązuje 0,1 sekundy łuku.
Hubble ma aperturę (średnicę) 2,4 m, więc jego zdolność rozdzielcza wynosi 0,04 sekundy łukowej.
Minimalna odległość między Ziemią a Marsem wynosi około 55 milionów kilometrów i zdarza się to bardzo rzadko. Maksymalna odległość wynosi 400 mil km. „Średnia” odległość wynosi 225 mil km (ale rzeczywista odległość zmienia się cały czas).
Zastosujmy styczną 0,04 sekundy łukowej na 55 mil km:
https://www.wolframalpha.com/input/?i=tan(0.04+arcseconds)+*+55000000
To 10 km. Będzie tylko w stanie zobaczyć główne cechy geograficzne.
Aby zobaczyć budynki (do skali 10 m), potrzebowałoby 1000-krotnego zwiększenia rozdzielczości. Oznacza to aperturę 2,4 km. Żadna z klasycznych konstrukcji teleskopów tego nie zapewnia. Musiałby to być jakiś projekt interferometryczny - duże, płaskie pole, w którym kilka lusterek jest umieszczonych w odległości kilku kilometrów od siebie i są sprzężone optycznie, aby funkcjonować jako pojedyncze ogromne lustro (cóż, w pewnym sensie - jest to bardziej intuicyjne wyjaśnienie).
Byłby podobny do interferometru optycznego Navy Precision w pobliżu Flagstaff w Arizonie.
Niektóre z szerokich, płaskich części Valles Marineris mogą stanowić dobrą lokalizację dla interferometru. Acidalia Planitia zapewniłaby jeszcze więcej miejsca do budowy ogromnych interferometrów i powinna być dobrym miejscem do budowania struktur w ogóle - od płaskich po horyzont; to miejsce, w którym większość książki / filmu Marsjanin opowiedziała swoją historię. Ale każde duże, względnie płaskie pole działałoby.
Wszystkie powyższe zakłada odległość najbliższego zbliżenia Ziemi do Marsa. W praktyce odległość jest większa, więc apertura musi się zwiększyć. Zastanawiasz się nad interferometrem o podstawie kilkudziesięciu kilometrów, jeśli chcesz rozróżnić konstrukcje, takie jak budynki.
Można sobie wyobrazić, że interferometr może być wbudowany na orbicie, ale należy zadbać o zachowanie odległości między zwierciadłami z niezwykłą precyzją. Na powierzchni planety ziemia zapewnia wymaganą sztywność. W kosmosie musisz ... Nie wiem, użyj magii kosmicznej.
źródło
Kosmiczny teleskop Hubble'a ma zwierciadło 2,4m i jest dość dużo dyfrakcji ograniczony, więc w przedziale długości fal bliskiej UV powiedzmy 240nm ma rozdzielczość kątową około radianach. Najbliższa odległość Marsa od Ziemi10−7 wynosi około 54,6 miliona km, więc teoretyczna minimalna rozdzielczość wynosi między 5 a 6 km. Tak duże miasta mogą być widoczne, jeśli mają duży kontrast. Ponieważ przy najbliższym podejściu obserwator na Marsie patrzy prosto na nocną stronę Ziemi, dobrze oświetlone miasto może być łatwe do zauważenia, z drugiej strony patrzą też mniej więcej prosto w Słońce, co może dać trochę problemy. Nadal będą chwile, gdy odległość będzie wynosić tylko 70 lub 80 milionów km, a kąt od Słońca jest łatwiejszy do opanowania, więc rozdzielczość 10 km w UV, 20 w świetle widzialnym jest wiarygodna.
źródło