Вот уже целый месяц прошёл с того момента, как отправился в свой полёт космический аппарат Parker Solar Probe. Сейчас известно, что каждый из его четырёх приборов, входящих в полезную нагрузку, увидел “первый свет”. Эти ранние наблюдения пока ещё не являются важными научными событиями, но показывают, что каждый из приборов аппарата работает хорошо. Инструменты работают в связке для измерения электрических и магнитных полей Солнца, частиц Солнца и солнечного ветра, а также для получения изображений окружающей среды вокруг космического аппарата.

«Все инструменты передали данные, которые не только служат для калибровки, но и фиксируют всплески того, что мы ожидаем измерить вблизи Солнца, чтобы решить тайны солнечной атмосферы и короны», - Нур Рауафи, научный сотрудник проекта Parker Solar Probe в Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса.

Первое условное сближение миссии с Солнцем состоится в ноябре 2018 года, но даже сейчас приборы могут собирать данные о том, что происходит в солнечном ветре, находясь всё ещё ближе к Земле. Предлагаем вашему вниманию краткий обзор этих результатов.

WISPR (Wide-field Imager for Solar Probe, Оптический телескоп для получения изображений солнечной короны и гелиосферы)

Фактически, WISPR является единственным прибором на аппарате, который покажет самый понятный для всех результат - изображения в видимом диапазоне. Он позволит ясно, но очень недолго, наблюдать солнечный ветер изнутри короны. Прибор состоит из двух телескопов и расположен за теплозащитным экраном между двумя антеннами из комплекта приборов FIELDS. Чтобы сохранить их в безопасности, телескопы были укрыты защитным экраном во время старта.

WISPR был включён в начале сентября 2018 года и уже передал на Землю тестовые изображения для калибровки, полученные при закрытом защитном экране. 9 сентября 2018 года его створки были раскрыты, что позволило аппаратуре сделать первые изображения во время своего путешествия к Солнцу.

Правая сторона этого изображения - от внутреннего телескопа WISPR - имеет 40-градусное поле зрения. Левая сторона изображения от внешнего телескопа WISPR, который имеет 58-градусное поле зрения. Источник: NASA/Naval Research Laboratory/Parker Solar Probe

Расс Говард, главный исследователь программы WISPR из Военно-морской исследовательской лаборатории, изучил изображения, чтобы определить, что инструмент видит по сравнению с тем, что ожидалось, используя в качестве гидов различные небесные ориентиры.

«Существует очень характерное скопление звёзд на перекрытии двух изображений. Самой яркой является звезда Антарес, которая находится в созвездии Скорпиона примерно в 90 градусах от Солнца», - сказал Говард.

Солнце, не видимое на этом изображении, находится далеко справа от края изображения. Планета Юпитер также видна на изображении. Она была захвачена внутренним телескопом WISPR - это яркий объект чуть правее центра в правой части изображения.

«Левая сторона фотографии показывает красивое изображение Млечного Пути, глядя на галактический центр».

Время экспозиции, то есть время, в течение которого свет попадал на открытую матрицу для получения этого изображения, является интервалом, который можно сократить или удлинить, чтобы сделать изображение темнее или ярче. Во время этой съёмки время экспозиции было минимальным, и на то есть причина:

“Мы намеренно выставили короткую экспозицию, потому что в случае, если здесь было что-то очень яркое, когда мы впервые включили камеру, этот объект попросту засветил бы всё”.

По мере приближения космического аппарата к Солнцу его ориентация будет меняться, как и изображения WISPR. С каждой новой орбитой вокруг Солнца WISPR будет захватывать изображения структур, вылетающих из его короны. И, в то время, как другие измерения ранее были сделаны приборами на расстоянии одной астрономической единицы, WISPR будет работать намного ближе к Солнцу, сократив это расстояние примерно на 95 процентов. Это существенно увеличивает способность видеть то, что происходит в этом регионе с гораздо меньшим масштабом, чем когда-либо прежде, получая новые изображения нетронутой ранее солнечной короны.

ISʘIS (Integrated Science Investigation of the Sun, Исследование электронов, протонов и тяжёлых ионов)

Источник: NASA/Princeton University/Parker Solar Probe

ISʘIS (произносится как “исис”, аббревиатура просто включает в себя символ Солнца) измеряет частицы высоких энергий, связанные с солнечной активностью, то есть вспышками и коронарными выбросами массы. (Другой набор инструментов миссии, SWEAP, фокусируется на низкоэнергетических частицах, которые составляют солнечный ветер.) ISʘIS состоит из двух инструментов, которые покрывают ряд энергий для этих активных частиц: EPI-Lo фокусируется на нижней границе энергетического спектра, а EPI-Hi измеряет более активные частицы. Оба прибора собирали первые данные в условиях низкого напряжения, вследствие чего учёные смогли убедиться, что детекторы работают как положено. Когда Parker Solar Probe приблизится к Солнцу, они будут полностью включены в работу для измерения частиц в его короне.

Данные от EPI-Lo слева показывают фоновые космические лучи - заряженные частицы, которые пришли в нашу Солнечную систему из других частей галактики. По мере того как на EPI-Lo будет подаваться большее напряжение, а зонд повернётся к Солнцу, прибор станет больше измерять те частицы, которые относятся уже к солнечном ветру.

Справа данные от EPI-Hi, которые показывают концентрации частиц водорода и гелия. Ближе к Солнцу учёные ожидают наблюдать гораздо больше таких частиц, наряду с более тяжёлыми элементами, а также некоторые частицы с гораздо более высокими энергиями, особенно во время событий их выброса.

”Команда ISʘIS в восторге от того, что прибор хорошо работает. Впереди еще несколько шагов, но пока все выглядит великолепно!”, - Дэвид Маккомас, профессор астрофизических наук в Принстонском университете и главный исследователь программы ISʘIS.

FIELDS (Измерение электрических и магнитных полей, радиоволн, вектора Пойнтнинга, плазмы, и температуры электронов)

Источник: NASA/UC Berkeley/Parker Solar Probe

Набор приборов FIELDS на борту зонда Parker Solar Probe будет изучать масштаб и форму электрических и магнитных полей в атмосфере Солнца. Это ключевые измерения для понимания того, почему корона Солнца в сотни раз горячее, чем ее поверхность.

Датчики FIELDS состоят из четырёх двухметровых антенн электрического поля. Они установлены в передней части корабля, выходят за тепловую защиту, поэтому подвержены всей мощи солнечной среды. Также в набор включены три магнитометра и пятая короткая антенна электрического поля, установленная на штанге, которая выдвигается из задней части корабля.

Приведенные выше данные, собранные во время развертывания мачты вскоре после запуска космического аппарата в августе 2018 года, показывают то, как изменяется магнитное поле, когда мачта удаляется от зонда. Ранние данные - это магнитное поле самого космического аппарата, приборы измеряли резкое падение магнитного поля по мере того, как стрела удалялась от аппарата. После развертывания приборы будут измерять магнитное поле солнечном ветра. Приведённый график красноречиво иллюстрирует причину, по которой такие датчики должны располагаться далеко от космического аппарата.

В начале сентября 2018 года были успешно развернуты четыре антенны электрического поля на передней части космического корабля, и почти сразу после этого стали наблюдаться подписи солнечных вспышек.

Иллюстрация сравнения данных от Parker Solar Probe (в центре и внизу) и от Wind (вверху).

Приближается момент, которого все астрономы мира с нетерпением ждали много лет. Речь идет о запуске нового космического телескопа «Джеймс Уэбб», который считается своего рода правопреемником знаменитого «Хаббла».

Зачем нужны космические телескопы

Прежде чем приступать к рассмотрению технических особенностей, давайте разберемся, зачем вообще нужны космические телескопы и какие преимущества они имеют перед комплексами, расположенными на Земле. Дело в том, что земная атмосфера, а особенно содержащийся в ней водяной пар, поглощает львиную долю излучения, идущего из космоса. Это, конечно, очень сильно затрудняет изучение далеких миров.

Но, атмосфера нашей планеты с ее искажениями и облачностью, а также шумы и вибрации на поверхности Земли не помеха для космического телескопа. В случае с автоматической обсерваторией «Хаббл» из-за отсутствия влияния атмосферы ее разрешающая способность примерно в 7–10 раз превосходит показатели телескопов, расположенных на Земле. Многие фото далеких туманностей и галактик, которые нельзя различить на ночном небе невооруженным глазом, были получены именно благодаря «Хабблу». За 15 лет работы на орбите телескоп получил более одного млн изображений 22 тыс. небесных объектов, среди которых многочисленные звезды, туманности, галактики и планеты. При помощи «Хаббла» ученые, в частности, доказали, что близ большинства светил нашей Галактики происходит процесс формирования планет.

Но запущенный в 1990 году «Хаббл» не вечен, а его технические возможности ограничены. Действительно, за последние десятилетия наука шагнула далеко вперед, и теперь можно создать гораздо более совершенные устройства, которые способны приоткрыть многие тайны Вселенной. Именно таким аппаратом станет «Джеймс Уэбб».

Возможности «Джеймса Уэбба»

Как мы уже убедились, полноценное изучение космоса без таких аппаратов, как «Хаббл», невозможно. Теперь постараемся понять концепцию «Джеймса Уэбба». Данный аппарат представляет собой орбитальную инфракрасную обсерваторию. Иными словами, ее задачей будет исследование теплового излучения космических объектов. Вспомним, что все тела, твердые и жидкие, нагретые до определенной температуры, излучают энергию в инфракрасном спектре. При этом длины волн, излучаемых телом, зависят от температуры нагревания: чем выше температура, тем короче длина волны и выше интенсивность излучения.

Среди главных задач будущего телескопа – выявление света первых звезд и галактик, которые появились после Большого взрыва. Это чрезвычайно сложно, так как движущийся в течение миллионов и миллиардов лет свет претерпевает существенные изменения. Так, видимое излучение той или иной звезды может быть полностью поглощено пылевым облаком. В случае с экзопланетами все еще труднее, так как эти объекты чрезвычайно малы (по астрономическим меркам, конечно) и «тусклы». У большей части планет средняя температура редко превышает 0°C, а в ряде случаев она может опускаться ниже –100°C. Обнаружить такие объекты очень сложно. Но аппаратура, установленная на телескопе «Джеймс Уэбб», позволит выявлять экзопланеты, температура поверхности которых достигает 300 К (что сравнимо с земным показателем), находящиеся дальше 12 астрономических единиц от своих звезд и удаленные от нас на расстояние до 15 световых лет.

Новый телескоп был назван в честь второго руководителя NASA. Джеймс Уэбб был у руля космического ведомства США в период с 1961 по 1968 годы. Именно на его плечах лежал контроль над выполнением первых в США пилотируемых запусков в космос. Он сделал большой вклад в реализацию программы «Аполлон», целью которой была высадка человека на Луну.

Всего можно будет наблюдать планеты, расположенные у нескольких десятков звезд, «соседствующих» с нашим Солнцем. Причем «Джеймс Уэбб» сможет увидеть не только сами планеты, но и их спутники. Иными словами, нас может ожидать революция по части изучения экзопланет. И, возможно, даже не одна. Если же говорить о Солнечной системе, то и здесь могут быть новые важные открытия. Дело в том, что чувствительная аппаратура телескопа сможет обнаружить и изучить объекты системы, имеющие температуру –170° С.

Возможности нового телескопа позволят понять многие процессы, происходящие на заре существования Вселенной – заглянуть в сами ее истоки. Рассмотрим этот вопрос более детально: как известно, звезды, которые находятся на расстоянии 10 световых лет от нас, мы видим именно такими, какими они были 10 лет назад. Следовательно, расположенные на удалении более 13 млрд световых лет объекты мы наблюдаем в том виде, какими они являлись почти сразу после Большого взрыва, который, как считается, произошел 13,7 млрд лет назад. Приборы, установленные на новом телескопе, позволят увидеть на 800 миллионов дальше, чем «Хаббл», установивший рекорд в своей время. Так что можно будет увидеть Вселенную, какой она была всего лишь через 100 миллионов лет после Большого взрыва. Возможно, это перевернет представления ученых об устройстве Вселенной. Остается только дождаться начала работы телескопа, которое намечено на 2019 год. Предполагается, что аппарат будет эксплуатироваться в течение 5–10 лет, так что времени для новых открытий будет предостаточно.

Общее устройство

Для запуска «Джеймса Уэбба» хотят использовать ракету-носитель «Ариан-5», созданную европейцами. Вообще, несмотря на доминирующую роль космического ведомства США, проект можно назвать международным. Сам телескоп был разработан американскими компаниями Northrop Grumman и Ball Aerospace, а всего участие в программе приняли эксперты из 17 стран мира. Кроме специалистов из США и ЕС значительный вклад также внесли канадцы.

После запуска аппарат будет находиться на гало-орбите в точке Лагранжа L2 системы Солнце – Земля. Это означает, что, в отличие от «Хаббла», новый телескоп не будет вращаться вокруг Земли: постоянное «мелькание» нашей планеты могло бы помешать проводить наблюдения. Вместо этого «Джеймс Уэбб» будет обращаться вокруг Солнца. При этом для обеспечения эффективной связи с Землей он будет перемещаться вокруг светила синхронно с нашей планетой. Удаление «Джеймса Уэбба» от Земли достигнет 1,5 млн км: из-за такого большого расстояния его не получится модернизировать или отремонтировать как «Хаббл». Поэтому надежность ставится во главу угла всей концепции «Джеймса Уэбба».

Но что же собой представляет новый телескоп? Перед нами космический аппарат, весящий 6,2 тонны. Чтобы было понятно, вес «Хаббла» составляет 11 тонн – почти в два раза больше. При этом «Хаббл» был намного меньше по своим размерам – его можно сравнить с автобусом (новый телескоп сравним по длине с теннисным кортом, а по высоте – с трехэтажным домом). Самой большой частью телескопа является противосолнечный щит, имеющий длину 20 и ширину 7 метров. Он похож на огромный слоеный пирог. Для изготовления щита была использована особая специальная полимерная пленка, покрытая тонким слоем алюминия с одной стороны и металлическим кремнием с другой. Пустоты между слоями теплового щита заполняет вакуум: это усложняет передачу тепла в «сердце» телескопа. Целью данных шагов является защита от солнечных лучей и охлаждение сверхчувствительных матриц телескопа до –220° C. Без этого телескоп будет «ослеплен» инфракрасным свечением своих деталей и о наблюдении далеких объектов придется забыть.

Больше всего в глаза бросается зеркало нового телескопа. Оно необходимо для фокусировки пучков света - зеркало их выпрямляет и создает четкую картину, при этом цветовые искажения убираются. «Джеймс Уэбб» получит основное зеркало, диаметр которого составляет 6,5 м. Для сравнения, аналогичный показатель у «Хаббла» равен 2,4 м. Диаметр основного зеркала для нового телескопа выбран неспроста – именно столько необходимо для измерения света самых далеких галактик. Нужно сказать, что от размера площади зеркала (в нашем случае он составляет 25 м²), собирающего свет от далеких космических объектов, зависит чувствительность телескопа, а также его разрешающая способность.

Для зеркала «Уэбба» использован особый тип бериллия, представляющий собой мелкий порошок. Его помещают в контейнер из нержавеющей стали, после чего прессуют в плоскую форму. После удаления стального контейнера кусок бериллия разрезают на две части, делая заготовки зеркала, каждая из которых используется для создания одного сегмента. Каждый из них стачивают и полируют, а затем охлаждают до температуры –240 °C. Затем происходит уточнение размеров сегмента, его окончательная полировка, а также нанесение золота на переднюю часть. В конце сегмент подвергают повторным испытаниям при криогенных температурах.

Учеными было рассмотрено несколько вариантов того, из чего может быть сделано зеркало, но в конечном итоге специалисты остановили свой выбор на бериллии – легком и относительно твердом металле, стоимость которого весьма высока. Одной из причин данного шага стало то, что бериллий сохраняет свою форму в условиях криогенных температур. Само зеркало по форме напоминает круг – это позволяет максимально компактно фокусировать свет на детекторах. Имей «Джеймс Уэбб», например, овальное зеркало, изображение было бы вытянутым.
Основное зеркало состоит из 18 сегментов, которые раскроются после вывода аппарата на орбиту. Если бы оно было цельным, то разместить телескоп на ракете «Ариан-5» было бы просто физически невозможно. Каждый из сегментов шестиугольный, что позволяет использовать пространство наилучшим образом. Элементы зеркала имеют золотой цвет. За счет позолоты обеспечивается наилучшее отражение света в инфракрасном диапазоне: золото будет эффективно отражать ИК-излучение с длиной волны от 0,6 до 28,5 микрометра. Толщина золотого слоя составляет 100 нанометров, а общий вес покрытия равен 48,25 грамма.

Перед 18-ю сегментами на специальном крепеже установлено вторичное зеркало: оно будет принимать свет главного зеркала и направлять его на научные инструменты, расположенные в задней части аппарата. Вторичное зеркало намного меньше основного и имеет выпуклую форму.

Как и в случае со многими амбициозными проектами, цена телескопа «Джеймса Уэбб» оказалось выше, чем предполагалось. Изначально эксперты планировали, что космическая обсерватория обойдется в 1,6 млрд долларов, однако новые оценки говорят, что стоимость может возрасти до 6,8 млрд. Из-за этого в 2011 году от проекта даже хотели отказаться, однако потом было решено вернуться к его реализации. И сейчас «Джеймсу Уэббу» ничего не угрожает.

Научные инструменты

Для изучения космических объектов на телескопе установлены следующие научные инструменты:

- NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона)
- NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона)
- MIRI (прибор среднего инфракрасного диапазона)
- FGS/NIRISS (датчик точного наведения и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф)

Телескоп «Джеймс Уэбб» / ©wikimedia

NIRCam

Камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam – основной блок формирования изображения. Это своего рода «главные глаза» телескопа. Рабочий диапазон камеры – от 0,6 до 5 микрометров. Снимки, сделанные ею, будут впоследствии изучаться другими инструментами. Именно при помощи NIRCam ученые хотят увидеть свет от самых ранних объектов Вселенной на заре их формирования. Кроме этого, за счет инструмента будут изучены молодые звезды нашей Галактики, создана карта темной материи и многое другое. Важная особенность NIRCam – наличие коронографа, позволяющего увидеть планеты вокруг далеких звезд. Это станет возможным благодаря подавлению света последних.

NIRSpec

При помощи спектрографа ближнего инфракрасного диапазона можно будет собирать информацию, касающуюся как физических свойств объектов, так и их химического состава. Спектрография занимает очень много времени, однако при помощи технологии микрозатворов можно будет проводить наблюдения за сотней объектов на площади неба 3×3 угловых минуты. Каждая ячейка микрозатворов NIRSpec имеет крышку, которая открывается и закрывается под влиянием магнитного поля. Ячейка имеет индивидуальное управление: в зависимости от того, закрыта она или открыта, информация об исследуемый части неба предоставляется или же, наоборот, блокируется.

MIRI

Прибор среднего инфракрасного диапазона работает в диапазоне 5–28 микрометров. Данное устройство включает в себя камеру с датчиком, который имеет разрешение 1024×1024 пикселя, а также спектрограф. Три массива мышьяко-кремниевых детекторов делают MIRI самым чувствительным прибором в арсенале телескопа «Джеймс Уэбб». Предполагается, что с помощью прибора среднего инфракрасного диапазона удастся различить рождающиеся звезды, многие ранее неизвестные объекты пояса Койпера, красное смещение очень далеких галактик, а также загадочную гипотетическую планету X (она же девятая планета Солнечной системы). Номинальной рабочей температурой для MIRI являются 7 К. Одна лишь пассивная система охлаждения не способна ее обеспечить: для этого используются два уровня. Сначала с помощью пульсационной трубы телескоп охлаждается до 18 К, а потом температура понижается до 7 К при помощи теплообменника с адиабатическим дросселированием.

FGS/NIRISS

FGS/NIRISS состоит из двух приборов – датчика точного наведения и устройства формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевого спектрографа. Фактически NIRISS дублирует функции NIRCam и NIRSpec. Работающее в диапазоне 0,8–5,0 микрометров устройство будет обнаруживать «первый свет» от далеких объектов, наводя на них оборудование. NIRISS также пригодится для обнаружения и изучения экзопланет. Что же касается датчика точного наведения FGS, то при помощи этого оборудования будет наводиться сам телескоп, чтобы иметь возможность получить более качественные изображения. Камера FGS позволяет формировать изображение из двух смежных участков неба, размер которых составляет 2,4×2,4 угловых минуты каждый. Она также считывает информацию 16 раз в секунду с небольших групп пикселей размером 8×8: этого хватает для выявления соответствующей опорной звезды с вероятностью в 95% в любой точке неба, включая высокие широты.

Установленная на телескопе аппаратура позволит иметь качественную связь с Землей и передавать научные данные со скоростью 28 Мбит/с. Как мы знаем, не все исследовательские аппараты могут похвастаться такой возможностью. Американский зонд «Галилео», например, передавал информацию со скоростью всего лишь 160 бит/с. Это, впрочем, не помешало ученым получить огромный массив информации о Юпитере и его спутниках.

Новый космический аппарат обещает стать достойным правопреемником «Хаббла» и позволит ответить на вопросы, которые остаются тайной за семью печатями до сегодняшнего дня. Среди возможных открытий «Джеймса Уэбба» – обнаружение миров, похожих на Землю и пригодных для обитания. Данные, полученные телескопом, могут быть полезны для проектов, рассматривающих возможность существования инопланетных цивилизаций.

Как и обещал в комментариях к моей публикации "Почему марсоходы на Марсе!", где задавались вопросы по поводу космических фотоснимков, фотографий космических объектов, по самой склейке фотографий и о том, как делают марсоходы "селфи", подготовлен данный материал.

Итак: "Поехали!"))

Фотографии из космоса, публикуемые на сайте NASA и других космических агентств, часто привлекают к себе внимание тех, кто сомневается в их подлинности, - критики находят на изображениях следы редактирования, ретуширования или манипуляций с цветом. Так повелось еще со времен зарождения «лунного заговора», а теперь под подозрение попали снимки, сделанные не только американцами, но и европейцами, японцами, индийцами. Совместно с порталом N+1 разбираемся, зачем вообще обрабатывают космические изображения и могут ли они, несмотря на это, считаться подлинными.

Для того чтобы правильно оценивать качество космических снимков, которые мы видим в Сети, необходимо учитывать два важных фактора. Один из них связан с характером взаимодействия агентств и широкой публики, другой продиктован физическими законами.

Связи с общественностью

Космические снимки - одно из самых эффективных средств популяризации работы исследовательских миссий в ближнем и дальнем космосе. Однако далеко не все кадры сразу оказываются в распоряжении СМИ.

Изображения, полученные из космоса, можно условно разделить на три группы: «сырые» (raw), научные и публичные. Сырые, или исходные, файлы с космических аппаратов иногда бывают доступны всем желающим, а иногда нет. Например, изображения, полученные марсоходами Curiosity и Opportunity или спутником Сатурна Cassini , публикуются практически в режиме реального времени, так что любой желающий может увидеть их одновременно с учеными, изучающими Марс или Сатурн. Необработанные фотографии Земли с МКС выкладываются на отдельный сервер NASA . Космонавты заливают их тысячами, и ни у кого нет времени на их предобработку. Единственное, что добавляют к ним на Земле, это географическую привязку для облегчения поиска.

Обычно за ретушь критикуют публичные кадры, которые прилагаются к пресс-релизам NASA и других космических агентств, - ведь именно они попадаются на глаза пользователям интернета в первую очередь. И при желании там можно найти много чего. И манипуляции с цветом:

Фото посадочной платформы марсохода Spirit в видимом диапазоне света и с захватом ближнего инфракрасного. (с) NASA/JPL/Cornell

И наложение нескольких снимков:

Восход Земли над лунным кратером Комптона. (с) NASA/Goddard/Arizona State University

И копипасту:

Фрагмент Blue Marble 2001(c) NASA/Robert Simmon/MODIS/USGS EROS

И даже прямую ретушь, с затиранием некоторых фрагментов изображения:

Высветленный снимок GPN-2000-001137 экспедиции Apollo 17. (с) NASA

Мотивация NASA в случае со всеми этими манипуляциями проста настолько, что ей готовы поверить далеко не все: так красивее.

Но ведь правда, бездонная чернота космоса выглядит более впечатляюще, когда ей не мешают мусор на объективе и заряженные частицы на пленке. Цветной кадр, и правда, привлекательнее черно-белого. Панорама из снимков лучше отдельных кадров. При этом важно, что в случае с NASA почти всегда можно найти исходные кадры и сравнить одно с другим. Например исходный вариант (AS17-134-20384) и вариант «для печати» (GPN-2000-001137) этого снимка с Apollo 17, который приводят как чуть ли не главное доказательство ретуширования лунных фотографий:

Сравнение кадров AS17-134-20384 и GPN-2000-001137 (с) NASA

Или найти «сэлфи-палку» марсохода, которая «пропала» при создании его автопортрета :

Физика цифровой фотографии

Как правило те, кто упрекает космические агентства за манипуляции с цветом, использование фильтров или публикацию черно-белых фотографий «в наш век прогресса цифровых технологий», не учитывают физические процессы получения цифровых изображений. Они полагают, что если смартфон или фотоаппарат сразу выдают цветные кадры, то космическому аппарату это тем более должно быть по плечу, и даже не догадываются, какие сложные операции необходимы, чтобы цветное изображение сразу попало на экран.

Поясним теорию цифрового фото: матрица цифрового аппарата - это, по сути, солнечная батарея. Есть свет - есть ток, нет света - нет тока. Только матрица представляет собой не единую батарею, а множество маленьких батарей - пикселей, с каждого из которых по отдельности считывается выдача тока. Оптика фокусирует свет на фотоматрицу, а электроника считывает интенсивность выделения энергии каждым пикселем. Из полученных данных строится изображение в оттенках серого - от нулевого тока в темноте до максимального на свету, то есть на выходе оно получается черно-белым. Чтобы сделать его цветным, необходимо применить цветные фильтры. Получается, как ни странно, что цветные фильтры присутствуют в каждом смартфоне и в каждой цифровой камере из ближайшего магазина! (Для кого-то эта информация банальна, но, по опыту автора, для многих она окажется новостью.) В случае с обычной фототехникой применяется чередование красных, зеленых и синих фильтров, которые поочередно накладываются на отдельные пиксели матрицы, - это так называемый фильтр Байера .

Фильтр Байера наполовину состоит из зеленых пикселей, а красный и синий занимают по одной четверти площади. (с) Wikimedia

Здесь повторим: навигационные камеры выдают черно-белые изображения потому, что такие файлы меньше весят, а также потому, что цвет там просто не нужен. Научные камеры позволяют извлекать информации о космосе больше, чем способен воспринимать глаз человека, и поэтому для них используется более широкий набор цветовых фильтров:

Матрица и барабан светофильтров инструмента OSIRIS на Rosetta (с) MPS

Применение фильтра ближнего инфракрасного света, который не виден глазу, вместо красного привело к покраснению Марса на многих кадрах, ушедших в СМИ. Пояснение про инфракрасный диапазон перепечатали далеко не все, что породило отдельную дискуссию, которую мы также разбирали в материале «Какого цвета Марс».

Однако на марсоходе Curiosity стоит фильтр Байера, что позволяет ему снимать в цвете, привычном нашему глазу, хотя отдельный набор цветных фильтров к камере также прилагается.

Фильтры на мачтовой камере марсохода Curiosity (c) NASA/JPL-Caltech/MSSS

Применение отдельных фильтров удобнее с точки зрения выбора диапазонов света, в которых хочется посмотреть на объект. Но если этот объект движется быстро, то на снимках в разных диапазонах его положение меняется. На кадрах «Электро-Л» это было заметно на быстрых облаках, которые успевали сдвинуться за считанные секунды, пока спутник меняет фильтр. На Марсе подобное происходило при съемке закатов у марсохода Spirit и Opportunity - у них нет фильтра Байера:

Закат, снятый Spirit в 489 сол. Наложение снимков, снятых с фильтрами на 753 535 и 432 нанометров. (с) NASA/JPL/Cornell

На Сатурне похожие трудности у Cassini:

Спутники Сатурна Титан (сзади) и Рея (впереди) на снимках Cassini (с) NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

В точке Лагранжа с той же ситуацией сталкивается DSCOVR:

Чтобы получить из этой съемки красивое фото, пригодное для распространения в СМИ, приходится поработать в редакторе изображений.

Есть еще один физический фактор, о котором знают далеко не все, - черно-белые снимки имеют более высокие разрешение и четкость по сравнению с цветными. Это так называемые панхроматические снимки, которые включают в себя всю световую информацию, попадающую в камеру, без отсечения каких-либо ее частей фильтрами. Поэтому многие «дальнобойные» камеры спутников снимают только в панхроме, что для нас означает черно-белые кадры. Такая камера LORRI установлена на New Horizons, камера NAC - на лунном спутнике LRO. Да по сути все телескопы снимают в панхроме, если только специально не применяют фильтры. («NASA скрывает истинный цвет Луны» - вот откуда это пошло.)

Мультиспектральная «цветная» камера, оборудованная фильтрами и имеющая гораздо меньшее разрешение, может прилагаться к панхроматической. При этом ее цветные снимки можно накладывать на панхроматические, в результате чего мы получим цветные снимки высокого разрешения.

30 лет назад весь мир с большим интересом наблюдал за тем, как пара космических странников пролетала мимо Сатурна, передавая обворожительные снимки планеты и его спутников.

Эд Стоун — научный руководитель проекта Вояджер, одной из самых грандиозных миссий НАСА, вспоминает, как он впервые увидел петли в одном из узких колец Сатурна. Это был день, когда космический аппарат Вояджер-1 совершил ближайший пролет у гигантской планеты, 30 лет назад. Ученые собирались перед телевизионными мониторами в рабочих офисах Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, и каждый день, в течение этого пьянящего периода пролета, корпели над потрясающими изображениями и другими полученными данными.

Космический аппарат НАСА Вояджер-1 сделал этот снимок, во время самого близкого пролета Сатурна. Он показал петли в одном из узких колец Сатурна (слева). Изображения с космического аппарата Кассини (справа), наконец, позволили ученым понять, как спутники Сатурна Прометей и Пандора формируют перекрученную форму кольца.

Доктор Стоун обратил свое внимание на зубчатое, многожильное кольцо, сегодня известное как кольцо F. Бесчисленные частицы, составляющие широкие кольца, находятся на почти круговой орбите около Сатурна. Таким образом, это был один из сюрпризов, так как кольцо F, обнаружили всего за год до пролета космических аппаратов НАСА Пионер-10 и -11.

«Было ясно, что Вояджер показывает нам совершенно другой Сатурн», сказал Стоун, в настоящее время работающий в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Снова и снова, космический аппарат показывал столько неожиданных вещей, часто на их осмысление уходило много дней, месяцев и даже лет.

Кольцо F было лишь одним из многих странных вещей, обнаруженных при тесном сближении Вояджера с Сатурном, которое произошло 12 ноября 1980 года, для Вояджера-1, и 25 августа 1981 года, для Вояджера-2.Вовремя пролета Вояджера были найдены шесть маленьких лун и изучен загадочный Энцелад, поверхность которого указывала на какую-то геологическую активность.

Невероятная шестигранная структура, вокруг северного полюса Сатурна, была впервые обнаружена на снимках Вояджера 2 (слева). Кассини получил фотографии шестиугольника в более высоком разрешении. Снимки показывают, что шестиугольник является удивительно стабильной волной в одном из струйных течений атмосферы планеты.

Изображения с двух космических аппаратов также показали грандиозные бури, охватывающие атмосферу планеты, которые не были видны наземными телескопами.

Атмосфера Титана

Ученые использовали данные Вояджеров чтобы решить давний спор о том, есть ли у Титана толстая или тонкая атмосфера. Чуткие приборы установили, что спутник Сатурна — Титан был атмосферой, содержащей густую дымку из углеводородов в обогащенной азотом атмосфере. Открытие привело ученых к мысли о существовании морей из жидкого метана и этана на поверхности Титана.

Это изображение с Вояджера 1 показало, что Титан — спутник Сатурна, окутан дымкой из углеводородов в азотной атмосфере и натолкнуло астрономов на мысль о морях из жидкого метана и этана на поверхности Титана. Кассини успешно подтвердил эту теорию, прислав радиолокационное изображение озера, названного Онтарио (справа) и снимки других озер из жидких углеводородов на Титане.

«Когда я оглядываюсь назад, я понимаю, как мало мы на самом деле знали о Солнечной системе до полета Вояджеров», добавил Стоун.

Анимация из радиолокационных снимков показывающая озера на поверхности Титана.

На самом деле, полеты этих космических разведчиков вызвало множество новых вопросов, ради решения которых впоследствии, еще один космический аппарат НАСА — Кассини, был направлен для решения этих тайн. В то время как Вояджер-1 должен был пролететь примерно в 126 тысячах километров выше облаков Сатурна, Вояджер-2 пролетел всего в 100 800 километрах от облачного слоя, однако Кассини спускался еще ниже.

Космический корабль НАСА Вояджер был первым, кто получил изображения спутника Сатурна — Энцелада крупным планом (слева). Космический аппарат Кассини впервые, в 2005 году, обнаружил струи водяного пара, бьющие из ледяной луны — Энцелада (справа), это решило вопрос о поверхности луны, в геологическом плане.

Благодаря длительному времени работы Кассини вокруг Сатурна, ученые обнаружили разгадки многих тайн увиденных Вояджером.

Ледяные гейзеры Энцелада

Кассини обнаружил механизм, который объясняет постоянно обновляющийся ландшафт на Энцеладе — тигровые полосы, трещины из которых бьют струи водяного пара и органических частиц. Исследования Кассини показало, что спутник Титан действительно имеет стабильные озера жидких углеводородов на поверхности и весьма похож на Землю, в раннем периоде ее развития. Данные аппарата Кассини также решили, как две маленькие луны, обнаруженные Вояджерами — Прометей и Пандора — воздействуют на кольцо F, которое имеет странную перекрученную форму.

Галерея захватывающих снимков межпланетного аппарата Кассини

Для полноты ощущений, смотрите в полноэкранном режиме (квадратик справа вверху).

«Кассини обязана аппаратам Вояджер своими многочисленными открытиями», говорит Линда Спилкер, ученый проекта Кассини Лаборатории реактивного движения, начавшая свою карьеру, работая с 1977 по 1989 год. «Данные Кассини, мы все еще сравниваем с результатами Вояджера и гордо опираемся на это наследие».

Шестиугольник Сатурна

Но Вояджеры оставили еще немало тайн, которые Кассини еще не решил. Например, ученые впервые заметили шестиугольную структуру на северном полюсе Сатурна, на изображениях Вояджеров.

Кассини получил фотографии северного шестиугольника в более высоком разрешении. Эти данные рассказывают ученым о удивительно стабильной волне в атмосфере планеты, которая поддерживает шестиугольник Сатурна вот уже 30 лет.

Спицы в кольцах

Ученые впервые увидели эти облака мельчайших частиц, известных как «спицы» в изображениях космических аппаратов Вояджер НАСА. Считается что спицы вызваны электростатически заряженными мельчайшими частицами, которые поднимаются выше плоскости кольца, но ученые до сих пор выясняют, как частицы получают этот заряд.

Еще большее недоумение, вызвали несколько клиновидных, облаков мельчайших частиц, которые обнаружили в кольцах Сатурна. Ученые окрестили их «спицы», потому что они похожи на велосипедные спицы. Команда Кассини искала их, с тех пор как космический корабль впервые прибыл к Сатурну. Во время равноденствия на Сатурне, солнечный свет подсветил кольца с ребра и спицы проявились в наружной части кольца В Сатурна. Ученые Кассини все еще проверяют свои теории о том, что же может быть причиной этих странных явлений.

Будущее аппаратов Voyager

Сегодня, космические аппараты Вояджер по-прежнему, как пионеры, путешествуют к краю нашей Солнечной системы. Мы не можем ждать от этих космических аппаратов исследования настоящего межзвездного пространства, но данные о галиопаузе они передают вполне успешно. Планируется что энергии их радиоизотопных генераторов хватит еще до 2030 года, а потом безжизненные корабли, по инерции, будут лететь в космическом пространстве, до встречи с какой-либо звездой.

Изображение Вояджера-1 (слева) показывает конвективные облака на Сатурне, снятые в 1980 году. Изображение Кассини (справа) от 2004 года, показывает шторм в атмосфере гиганта под названием Дракон, который был мощным источником радиоизлучения, обнаруженного Кассини. Это радиоизлучение очень похоже на всплески радиоизлучения порожденного молниями на Земле. В 2009 году Кассини прислал фотографии мигающих молний в атмосфере Сатурна.

Вояджер-1 был запущен 5 сентября 1977 года, и в настоящее время находится на расстоянии около 17 миллиардов километров от Солнца. Это самый дальний космический корабль. Вояджер-2, был запущен 20 августа 1977 года, в настоящее время находится на расстоянии около 14 миллиардов километров от Солнца.

Ролик сделанный из изображений, полученных космическим аппаратом Кассини, показывает ураганы и бури, которые циркулируют вокруг северного полюса планеты.

Вояджеры были построены в JPL, которой управляет Калифорнийский технологический институт. Миссия Кассини-Гюйгенс является совместным проектом НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства. JPL также управляет Кассини, а орбитальный аппарат и его две бортовые камеры были спроектированы, разработаны и собраны в JPL.

Видео показывающее открытия Кассини сделанные в течении 15 лет работы

Исторические кадры - такими впервые люди увидели планеты с близкого расстояния. Подборка фото представлена в хронологическом порядке.

Однокласники

Земля

Конечно же, первая планета, которая была сфотографирована с борта космического аппарата — это наша родная планета. В 1946 году американцы испытывали доставшиеся им после окончания Второй мировой войны немецкие ракеты «Фау-2». Пространство, предназначенное для взрывчатки заполнили научной аппаратурой. Также, установили фотокамеру, которая записывала сделанные фотографии на кассету, спрятанную в высокопрочный «чёрный ящик». По окончании суборбитального полёта ракета разбивалась, но научные данные оставались в «чёрном ящике». Это — одна из фотографий, сделанная с высоты 65 километров во время полёта, который состоялся 24 октября 1946 года:

Ракету «Фау-2» с некоторой натяжкой можно назвать первым космическим аппаратом, так как некоторые из них при испытаниях выходили в космическое пространство на высоту до 160 км.

Марс

Июль 1965, космический аппарат NASA «Mariner 4» после 8-месячного путешествия пролетел на расстоянии около 10000 км над красной планетой, и передал на Землю 22 фотографии её поверхности. Изображения демонстрируют кратеры, местами покрытые инеем, опустившимся на слоны холодным марсианским вечером, и многочисленные разломы и трещины. Вот — одна из тех фотографий:

Марс оказался больше похожим на Луну, чем на Землю. Многие были разочарованы такими результатами, так как ожидали увидеть планету с реками, озёрами и морями как на Земле, и возможно, населённую живыми существами. Впоследствии, при помощи других зондов и спускаемых аппаратов, было установлено, что в далёком прошлом на Марсе действительно было много жидкой воды.

Юпитер

1973 год, космический зонд «Pioneer-10» приближается к Юпитеру. Первое фото этого газового гиганта он делает уже с расстояния 25 млн. километров. «Pioneer-10» исследовал магнитное поле планеты, её полосы и знаменитое «Красное пятно». Также, впервые в истории удалось получить фото спутников Юпитера с близкого расстояния, хотя качество этих фото вышло не совсем удовлетворительным.

Венера

5 февраля 1974 года КА(Космический Аппарат) «Маринер-10» пролетел мимо Венеры на минимальном расстоянии менее 6000 км и передал на Землю фотографии этой планеты, одну из которых, сделанную с использованием ультрафиолетового фильтра, вы видите ниже. Впервые удалось в подробностях рассмотреть структуру атмосферы Венеры с её плотным и очень динамичным облачным покровом.

Основной целью миссии «Маринер-10» был Меркурий, Венера же в данном проекте была использована как «гравитационная рогатка» для придания КА дополнительной скорости, и была исследована по очень сокращённой программе.

Меркурий

Это фото — одно из почти 3 тысяч, переданных КА «Маринер-10», во время исследования Меркурия в 1974 году:

Меркурий оказался чрезвычайно испещрённой кратерами планетой, даже сильнее чем Луна. Один из его кратеров, названный «Caloris Planitia» («Равнина Жары»), имеет диаметр 1550 км. Вопреки прогнозам астрономов, зонд открыл существование магнитного поля у планеты. Также, зонд измерил температуру поверхности, которая оказалась равна -183°C на ночной стороне, и +187°C — на дневной (немного ошибочно — на самом деле от -200 до +500). В общей сложности зонд сфотографировал 45% поверхности Меркурия. Полную карту планеты мы получили только в 2008 году, благодаря миссии «Messenger».

Сатурн

Первый визит к Сатурну состоялся в 1979 году, когда очередной зонд NASA, «Пионер-11», пролетел на расстоянии 20 тысяч км над его внешними облаками. Переданные на Землю изображения, хотя и не отличались высоким качеством, тем не менее содержали на порядок больше деталей, чем могли показать тогдашние лучшие наземные телескопы. Было открыто ранее неизвестное кольцо F, измерена температура верхних слоёв атмосферы Титана (спутника Сатурна), измерена интенсивность магнитного поля Сатурна, которое оказалось как минимум в 1000 раз мощнее земного, и многое другое.

Уран

Первое фото Урана с близкого расстояния было получено с КА «Вояджер-2», который пролетел над планетой в январе 1986 года. Это первая и единственная на данный момент (2015 год) миссия к этой планете. Во время пролёта, который длился 6 часов, были проведены измерения температуры, давления атмосферы, исследования её состава. Установлено наличие, и измерена интенсивность магнитного поля, которое оказалось повёрнутым на 60° к оси вращения планеты. Были получены фотографии спутников Урана.

Нептун

Фото Нептуна, которое вы видите ниже, было получено КА «Вояджер-2» в 1989 году с расстояния 7 миллионов километров, и за 20 часов до максимального сближения с планетой. Здесь видно Большое Тёмное Пятно Нептуна в окружении белых облаков. Такие белые облака на голубом фоне характерны для атмосферы Нептуна.