• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22.06.2022
Иван Лавренов
3 433

Радиолокационные наблюдения Венеры дополнили данными с наземного радиотелескопа «Аресибо»

5.1

Ученые обработали серию радиолокационных наблюдений Венеры и составили карты ее поверхности с 1988 по 2020 год. Рассказываем о результатах обработки данных планетарных радаров и возможностях радиолокационной астрономии.

Радиолокационное изображение поверхности Венеры, полученное с помощью передатчика Аресибо и приемника Грин-Бэнк. Крупные кольцеобразные структуры - короны, особый тип венерианских вулканов.
Радиолокационное изображение поверхности Венеры, полученное с помощью передатчика Аресибо и приемника Грин-Бэнк. Крупные кольцеобразные структуры - короны, особый тип венерианских вулканов. / © Campbell et al., (NRAO/AUI/NSF); NAIC / Автор: Артем Фомин

Поверхность Венеры, самой близкой к нам планеты, скрыта от прямых наблюдений плотной углекислотной атмосферой и сплошным слоем облаков, состоящих из концентрированной серной кислоты. Пролетая над ночной стороной Венеры, можно заметить слабое и размытое свечение ее ландшафта, раскаленного до 460 градусов Цельсия, а в некоторых участках инфракрасного диапазона можно разглядеть с орбиты детали размером до нескольких километров — и это все, на что можно рассчитывать.

Изображение ночной стороны Венеры с высокой чувствительностью, полученное космическим аппаратом Parker Solar Probe (слева) и сопоставленное с картой высот на основе данных аппарата Magellan. Земля Афродиты является высокогорьем и нагрета чуть меньше, чем окаймляющие ее равнины. «Метель» на левой фотографии - результат действия космических лучей.
Изображение ночной стороны Венеры с длинной экспозицией, полученное космическим аппаратом Parker Solar Probe (слева) и сопоставленное с картой высот на основе данных аппарата Magellan (справа). Указанная стрелками земля Афродиты — высокогорье, она нагрета чуть меньше, чем окаймляющие ее равнины. «Метель» на левой фотографии — результат действия космических лучей.

Но существует один диапазон электромагнитного излучения, в котором венерианская атмосфера полностью прозрачна, — радиоволны. Помимо проникающей способности, они обладают еще одним уникальным преимуществом. Естественное свечение небесных тел в радиодиапазоне невелико, зато «яркость» и направленность искусственных передатчиков радиоволн бывают огромными. В отличие от всех других диапазонов, в радиодиапазоне небесные тела можно «подсвечивать» — причем как с Земли, так и с космических аппаратов.

Неудивительно, что радиолокация — главный метод картографирования Венеры. Наземные радиолокационные исследования этой планеты начались еще в 1960-1970-х, а позднее к ним присоединились орбитальные аппараты, оснащенные радарами: советские «Венеры» и американские Pioneer-Venus и Magellan. Данные, переданные последним из них, позволили получить первую и пока единственную полную карту Венеры с разрешением до 200 метров.

Долгое время главной радиолокационной обсерваторией был радиотелескоп «Аресибо», который обладал самой большой сплошной антенной (300 метров) и был оснащен мощным передатчиком радиоволн. В 2020 году он разрушился, но за свою более чем полувековую службу успел стать инструментом многих радиолокационных исследований.

Радиотелескоп Аресибо. Приемник находился над антенной, где удерживался тросами, закрепленными на трех башнях вокруг нее.
Радиотелескоп «Аресибо». Приемник находился над антенной, где удерживался тросами, закрепленными на трех башнях вокруг нее / © Arecibo Observatory

Недавно команда ученых под предводительством Брюса Кэмпбелла выпустила итоги всех радиолокационных наблюдений Венеры с помощью телескопов «Аресибо» и «Грин-Бэнк», проведенных с 1988 по 2020 год. Современная наземная радиолокация немного уступает орбитальной в разрешении, зато ее можно проводить гораздо чаще запусков орбитальных аппаратов.

Ученые обработали данные наблюдений в 1988, 2012, 2015, 2017 и 2020 годах и составили карты поверхности Венеры с разрешением от одного до двух километров. Пока заметных изменений в рельефе планеты и отражающих свойствах ее поверхности не выявили. Тем не менее ученые тщательно охарактеризовали свойства отраженных сигналов, что в будущем позволит точнее спроектировать и настроить радары планируемых космических аппаратов VERITAS и EnVision.

Промежуточный результат обработки данных радиолокации Венеры в 2015 и 2017 годах. Темные полосы исключены из-за сложности трактовки радиолокационных сигналов, поступающих из участков вблизи экватора небесного тела. Яркое пятно вблизи верхнего края диска - венерианские горы Максвелла.
Промежуточный результат обработки данных радиолокации Венеры в 2015 и 2017 годах. Темные полосы исключены из-за сложности трактовки радиолокационных сигналов, поступающих из участков вблизи экватора небесного тела. Яркое пятно вблизи верхнего края диска — венерианские горы Максвелла / © https://iopscience.iop.org/article/10.3847/PSJ/ac4f43/pdf

Кроме того, ученые продолжают обработку данных: тщательное удаление шума, после которого станет возможно обнаруживать небольшие изменения поверхности и подготовить «список целей» для планируемой венерианской флотилии. К обработке могут подключиться все желающие исследователи; данные доступны здесь.

Технические подробности радиолокации небесных тел примечательны своей сложностью, и все-таки их можно объяснить «на пальцах».

Сначала передатчик отправляет в сторону небесного тела специальным образом рассчитанную серию импульсов радиоизлучения с чередующейся фазой. Длительность каждого импульса составляет несколько микросекунд, а их количество — несколько тысяч. Сигнал, отраженный от ближайшей к приемнику точки на поверхности Венеры, приходит первым. Затем приходят сигналы, отраженные от все более далеких участков диска планеты, а последними — отраженные от рельефа на краях видимого диска. Зная форму исходного сигнала, по форме отраженного сигнала можно точно рассчитать зависимость яркости отражения от расстояния до отражающих областей.

За счет движения планет относительно друг друга сигналы также испытывают допплеровский сдвиг, который можно измерить подобно тому, как радар измеряет скорость автомобиля.

На этот сдвиг накладываются дополнительные сдвиги, вызванные суточным вращением Венеры вокруг ее оси: участки поверхности, движущиеся «от нас», возвращают сигнал чуть пониженной частоты, а участки, движущиеся «к нам», наоборот, ее повышают. С помощью этого явления можно устранить неопределенности ориентации отражающих участков, расположенных на одном и том же расстоянии от приемника.

Иллюстрация радиолокации планет. Сигнал приходит справа и отражается влево. Сначала приходит отражение из субрадарной точки, затем — из все более широких колец вокруг нее. При этом отражения от всех точек на кольце приходят одновременно, но различить их позволяет различный допплеровский сдвиг. Точки в левых половинах колец приближаются к радару, а в правых — удаляются / © http://12apr.su/books/item/f00/s00/z0000012/st036.shtml

Фактически приемник регистрирует «графики» — зависимости яркости отраженного сигнала и его допплеровского сдвига от времени. Первое пропорционально отражающей способности поверхности (каменные россыпи отражают радиоволны лучше, чем ровные лавовые поля), а второе — скорости, с которой эти участки движутся относительно нас. И после обработки сигнал, сначала похожий просто на волны на экране осциллографа, превращается в настоящее изображение.

В будущем ученые планируют развивать возможности радиолокационной астрономии. Ее разрешение может превосходить разрешение телескопа «Хаббл» в несколько раз — к примеру, радиолокация часто используется для рассматривания околоземных астероидов. Но ранее она сталкивалась с существенным ограничением по «дальнобойности». Когда для радиолокации и приема сигнала могли задействовать лишь один и тот же радиотелескоп — «Аресибо», — за время путешествия сигнала «туда и обратно» Земля вместе с приемником успевала отвернуться прочь.

Теперь же достаточно чувствительные приемники распределены по всей планете и могут работать как единое целое. Самый впечатляющий пример такой решетки — будущая обсерватория Square Kilometre Array суммарной площадью один квадратный километр, которую полностью введут в строй около 2027 года.

Разрушение Аресибо не задержит надолго развитие радиолокационной астрономии: в 2024-м радиотелескоп «Грин-Бэнк», уже продемонстрировавший впечатляющие возможности радиолокации, получит передатчик мощностью 500 киловатт. Вскоре вся Солнечная система станет доступна для радиолокации.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 11:55
Полина Меньшова

Большему количеству учеников, чем когда-либо, трудно осваивать школьную программу. Это связано с низким уровнем развития рабочей памяти и неумением планировать время, считает педагог Алекс Куигли. В новой книге он дал практические рекомендации для учителей, которые помогут сделать работу в классе более продуктивной.

Вчера, 15:20
Андрей

Экологи из Китая подсчитали, как изменились площади оазисов в мире с 1995 по 2020 год. Исследователи также выяснили, в каком регионе оазисных территорий больше всего, в каком темпе происходят изменения и чем на этих землях занимается человек.

Вчера, 20:12
Юлия Трепалина

Два типа телосложения у людей коррелируют с повышенной вероятностью развития колоректального рака. Это показало новое крупное исследование ученых-медиков из Европы и США.

21 апреля
Мария Азарова

Авторы нового исследования выявили три фактора, ответственные за так называемый алкогольный блэкаут — распространенное последствие употребления спиртных напитков, когда человек сталкивается с провалами в памяти.

19 апреля
Дарья Г.

По оценкам ученых, «свободных» планет в Млечном Пути может быть в 20 раз больше, чем звезд. Так как планеты сами не светятся, разглядеть их сложно: их ищут гравилинзированием, лучше всего обнаруживающим самые массивные планеты типа Юпитера. Но вот удалось найти еще одну такую «сироту», причем не массивную с Юпитер, а земного размера. И ученые уверены, что это лишь первая находка из многих.

Позавчера, 11:55
Полина Меньшова

Большему количеству учеников, чем когда-либо, трудно осваивать школьную программу. Это связано с низким уровнем развития рабочей памяти и неумением планировать время, считает педагог Алекс Куигли. В новой книге он дал практические рекомендации для учителей, которые помогут сделать работу в классе более продуктивной.

8 апреля
Василий Парфенов

Режим работы, количество трудовых часов в неделю и экономическую стабильность профессии прочно ассоциируют с благополучием человека. Количественно и качественно определить эти взаимосвязи получается редко — нужны большие выборки респондентов и длительное время наблюдений. Автор новой научной работы использовал долговременное исследование более чем семи тысяч американцев, чтобы выявить основные эффекты паттернов трудовой деятельности на психическое и физическое здоровье работающих людей.

28 марта
Игорь Байдов

Американская компания JetZero, которая обещает произвести фурор в гражданской авиации, получила сертификат летной годности на испытания уменьшенной копии разрабатываемого ею сверхэффективного реактивного авиалайнера со «смешанным крылом». Предстоящая программа летных испытаний будет направлена на оценку летно-технических характеристик самолета, его устойчивости и управляемости.

29 марта
Ольга Иванова

Ученые из США и Швейцарии определили четыре ключевых механизма, задействованных в трансформации личности человека. Но ни один из них не сработает без самого главного — сильного желания измениться.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: