الفلك

لماذا لا نقوم بقياس التداخل لالتقاط صورة لبلوتو؟

لماذا لا نقوم بقياس التداخل لالتقاط صورة لبلوتو؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يعد قياس التداخل من أفضل الطرق (إن لم يكن كذلك ، فهو أفضل طريقة!) للحصول على صورة لجسم بعيد جدًا.

تم مؤخرًا نشر صورة للثقب الأسود في مركز M87. إنها نتيجة العديد من البيانات التي تم جمعها بواسطة Event Horizon Telescope ، وهي سلسلة من المصفوفات في جميع أنحاء العالم ، تعمل مثل تلسكوب عملاق بحجم الأرض. الصورة ليست متطورة وعالية الوضوح لكنها لا تزال مدهشة للغاية ومفصلة بشكل كاف ، مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أن M87 تبعد 53.49 مليون سنة ضوئية ... وهنا أصل إلى بلوتو الذي يبعد حوالي 6 إلى 7 مليار كيلومتر منا.

إذا استخدمنا مقياس تداخل ، ربما يكون بنفس حجم EHT (أو أصغر حجمًا ، بحجم قارة بأكملها) ، وقمنا بتوجيه جميع المصفوفات إلى بلوتو ، فيجب أن يكون لدينا صورة بدقة أعلى على الأقل مثل تلسكوب هابل الفضائي ، ولكن من المحتمل ألا يكون ارتفاع الصور من مركبة الفضاء نيو هورايزونز التي قامت بالتحليق مباشرة بالقرب من بلوتو ... أليس كذلك؟

إذا كان الأمر كذلك ، فلماذا لا نستخدم قياس التداخل لالتقاط صور لبلوتو من الأرض؟


يمكن أن يجمع قياس التداخل الراديوي الملاحظات عبر خطوط أساس كبيرة جدًا. لكن قياس التداخل البصري لا يمكنه ذلك. وفقًا لقائمة أدوات قياس التداخل على ويكيبيديا ، فإن أكبر خط أساس للقياسات الضوئية أقل من كيلومتر واحد. لا يمكننا أخذ قياسات بصرية بأدوات بحجم القارة.

ثم إذا انتقلت إلى الراديو حيث تمتلك الأجهزة هذه الإمكانية ، أعتقد أنك ستجد بلوتو قاتمًا تمامًا (إنه ليس مصدرًا لاسلكيًا ، ولا توجد انبعاثات راديوية قوية يمكن أن تعكسها لنا). لا توجد إشارة راديو من بلوتو يمكن تصويرها.

من صفحة قياس التداخل البصري:

ينظر معظم علماء الفلك إلى مقاييس التداخل على أنها أدوات متخصصة للغاية ، حيث إنها قادرة على نطاق محدود للغاية من الملاحظات. كثيرا ما يقال أن مقياس التداخل يحقق تأثير تلسكوب بحجم المسافة بين الفتحات ؛ هذا صحيح فقط بالمعنى المحدود للقرار الزاوي. تعمل التأثيرات المجمعة لمنطقة الفتحة المحدودة والاضطراب الجوي بشكل عام على قصر مقاييس التداخل على ملاحظات النجوم الساطعة نسبيًا ونواة المجرة النشطة.


يعد قياس التداخل بالأشعة تحت الحمراء والأطوال الموجية الأقصر أكثر صعوبة من أطوال الموجات الميكروية / الراديو لعدد من الأسباب. يمكن تسجيل إشارات الراديو بشكل أساسي على شريط (أو بالأحرى محركات أقراص ثابتة هذه الأيام) في مواقع مختلفة ثم إعادة تجميعها (أو ربطها) "خارج الخط" في مكان آخر. لن يعمل هذا في الأطوال الموجية الضوئية بسبب الترددات الأعلى. لا يمكن حتى الآن تسجيل البيانات بهذا المعدل وستكون مشكلات تخزين هذه البيانات هائلة. بدلاً من ذلك ، تقوم مقاييس التداخل الضوئية بتنفيذ حل الأجهزة - فهي تعيد تجميع الإشارات من التلسكوبات المختلفة عن طريق إرسال الضوء على طول خطوط التأخير البصري التي تعوض عن فواصل التلسكوبات ، قبل تجميع الإشارات معًا مباشرةً لتشكيل أنماط التداخل. هناك العديد من المشاكل الصعبة التي يجب حلها باستخدام هذا النهج.

يتأثر الضوء المرئي بشدة بالجو. يؤدي هذا إلى ظهور أخطاء في الطور للتلسكوبات الموجودة في أماكن مختلفة. خطأ الطور ليس هو نفسه بالنسبة للأشياء التي تختلف في موضعها ببضع ثوانٍ قوسية (ما يسمى ب "التصحيح المستوي") ، لذا فإن التصوير على نطاق واسع غير ممكن. تمنع هذه النقطة الأخيرة أيضًا تقنية "مرجع الطور" المستخدمة في مقاييس التداخل الراديوية حيث يتم معايرة ضوضاء الطور من خلال النظر بشكل دوري إلى مصدر مرجعي قريب (ساطع) يقع داخل التصحيح المتساوي الكواكب.

من الممكن استخدام تقنية "طور الإغلاق" في قياس التداخل البصري. أدخلت أخطاء المرحلة في خط أساس واحد $ e_1 - e_2 $، من خلال الجمع بين الإشارات ضمن مجموعة ثلاثية من خط الأساس: $ (e_1 - e_2) + (e_2 - e_3) + (e_3 - e_1) = 0 دولار. يعمل هذا إذا كانت المصادر ساطعة بدرجة كافية بحيث يمكن الحصول على إشارة كافية في الوقت الذي يستغرقه تغيير طول المسار الذي أدخله الغلاف الجوي. في الأطوال الموجية الضوئية ، يمكن أن يصل هذا إلى 10-20 مللي ثانية ، وهو أقصر بكثير من وقت التماسك الراديوي. قد تعتقد بعد ذلك أن مجرد استخدام التلسكوبات الكبيرة من شأنه أن يساعد في تعزيز قوة الإشارة ، ولكن لسوء الحظ التماسك الطول من الاضطرابات الجوية (المسافة المستعرضة التي يتوقع خلالها وجود اختلافات كبيرة في طول المسار) تعني أن الفتحات الأكبر من حوالي 10 سم لا تحسن الأمور حقًا ما لم يتم استخدام أنظمة البصريات التكيفية أيضًا.

هناك مشكلة أخرى وهي أنه من أجل مراقبة الأجسام الباهتة ، فإنك ترغب في مراقبتها عبر عرض نطاق ذي طول موجي عريض. ولكن ما لم يقيد المرء عرض النطاق الترددي بجزء صغير من الطول الموجي للمراقبة ، فإن طول خط تأخير مختلف مطلوب للمصادر التي يتم عرضها بزوايا مختلفة قليلاً. تخيل محاولة القيام بتجربة يونج ذات الشق المزدوج باستخدام ضوء غير أحادي اللون - ستظهر الأطراف في أماكن مختلفة قليلاً وفقًا لطولها الموجي. هذا يرقى إلى انحراف لوني. لديك أساسًا مقايضة بين مجال رؤية ضيق للغاية وعرض النطاق الترددي.

يضع هذا قيودًا شديدة على أطوال المسارات الضوئية المستخدمة في مجموعة التلسكوبات - ينتهي بك الأمر بشكل أساسي إلى طلب أطوال المسارات المختلفة بين التلسكوبات وحيث يتم إعادة تجميع الإشارات ، حتى تكون هي نفسها ضمن الطول الموجي للضوء ، ومن الصعب تحقيق هذه الدقة. على مدى أطول من خطوط الأساس. على سبيل المثال ، أنت بحاجة إلى خطوط تأخير يتم التحكم فيها بدقة شديدة تعمل في أنابيب مفرغة تم قياسها بدقة. ما هو أكثر من ذلك ، بسبب دوران الأرض ، ثم للحفاظ على أطوال المسار متشابهة حيث يتحرك كائن فيما يتعلق بمصفوفة التلسكوب ، فإن خطوط التأخير تحتاج إلى مكونات متحركة سريعة ولكنها دقيقة لتعويض ذلك!

أي أنه ليس عليك فقط جعل أطوال المسار المختلفة متشابهة داخل الطول الموجي للضوء ؛ عليك الاحتفاظ بها على هذا النحو مع الأجزاء المتحركة / المرايا وما إلى ذلك. توضح الصورة أدناه "Paranal Express" ، وهي منصة بصرية تتحرك (حتى 50 سم / ثانية) للتعويض عن "اختلاف المسار البصري الفلكي" في مقياس التداخل VLT في تشيلي.

القراءة الأساسية: Monnier (2003) ؛ جاكسون (2008)


مقاييس التداخل

بواسطة كريس وودفورد. آخر تحديث: 22 فبراير 2021.

هل سبق لك أن أنجزت أحد ألغاز الصحف ذات النقاط المختلفة حيث يتعين عليك العثور على التفاصيل المفقودة باستخدام رسامين كاريكاتوريين متشابهين جدًا؟ الطريقة السريعة لحلها هي قص الصورتين ، ووضع إحداهما فوق الأخرى ، وتسليط الضوء عبر الورقة. قد يبدو الأمر وكأنه غش ولكنه في الواقع علم: أنت تستخدم نمط الضوء من صورة لإظهار الاختلافات في الأخرى. يستخدم العلماء عملية مشابهة جدًا تسمى قياس التداخل لقياس الأشياء الصغيرة بدقة عالية للغاية من خلال مقارنة الضوء أو حزم الراديو. دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية عملها!

الصورة: مقياس تداخل ليزر. شعاع الليزر ينقسم إلى قسمين. ينتقل أحد الأجزاء مباشرة إلى الكاشف بينما يخضع الآخر لتغيير من نوع ما. بمقارنة الشعاعين مرة أخرى في النهاية ، يمكنك قياس مدى التغيير بدقة شديدة. الصورة مقدمة من مركز أبحاث جلين التابع لناسا (NASA-GRC).

محتويات

ما هو التدخل؟

لفهم قياس التداخل ، تحتاج إلى فهم التداخل. في الحياة اليومية ، يعني التدخل ببساطة الدخول في الطريق أو التدخل ، ولكن في الفيزياء له معنى أكثر تحديدًا. التداخل هو ما يحدث عندما تلتقي وتتداخل موجتان تحملان الطاقة. يتم خلط الطاقة التي يحملونها معًا ، لذلك ، بدلاً من موجتين ، تحصل على موجة ثالثة يعتمد شكلها وحجمها على أنماط الموجتين الأصليتين. عندما تتحد الموجات بهذه الطريقة ، تسمى العملية التراكب.

إذا سبق لك أن جلست في إحداث موجات في حوض الاستحمام ، فستلاحظ حدوث تداخل وتراكب. إذا دفعت يدك للخلف وللأمام ، يمكنك إرسال موجات من الطاقة من مركز الماء إلى جدران الحوض. عندما تصل الأمواج إلى الجدران ، فإنها ترتد مرة أخرى عن السطح الصلب دون تغيير في الحجم تقريبًا ولكن مع عكس سرعتها. تنعكس كل موجة عن الحوض تمامًا كما لو كنت قد ركلت كرة مطاطية على الحائط. بمجرد أن تعود الأمواج إلى حيث توجد يدك ، يمكنك جعلها أكبر بكثير من خلال تحريك يدك خطوة بخطوة معهم. في الواقع ، تقوم بإنشاء موجات جديدة تضيف نفسها إلى الموجات الأصلية وتزيد من حجم قممها (السعة). عندما تتجمع الأمواج معًا لتكوين موجات أكبر ، يسميها العلماء تداخلًا بناء. إذا حركت يديك بطريقة مختلفة ، يمكنك إنشاء موجات لا تتماشى مع موجاتك الأصلية. عندما تضيف هذه الموجات الجديدة إلى الأصول الأصلية ، فإنها تطرح الطاقة منها وتجعلها أصغر. هذا ما يسميه العلماء التدخل المدمر.

العمل الفني: نوعا التداخل. يعني التداخل البناء الجمع بين موجتين أو أكثر للحصول على موجة ثالثة أكبر. الموجة الجديدة لها نفس الطول الموجي والتردد ولكن اتساع أكبر (قمم أعلى). التداخل المدمر يعني موجات تطرح وتلغي. يتم إلغاء القمم في إحدى الموجات بواسطة القيعان في الموجة الأخرى.

إنها مجرد مرحلة

يُعرف المدى الذي تتماشى فيه إحدى الموجات مع أخرى باسم مرحلتها. إذا كانت هناك موجتان متطابقتان "في الطور" ، فهذا يعني أن قمتيهما تتماشى مع ذلك ، إذا جمعناهما معًا ، نحصل على موجة جديدة أكبر بمرتين ولكنها تماثل الموجات الأصلية تمامًا. وبالمثل ، إذا كانت موجتان خارج الطور تمامًا (في ما نسميه الطور المضاد) ، فإن قمم إحداهما تتطابق تمامًا مع قاع الأخرى ، لذا فإن إضافة الموجات معًا لا تمنحك شيئًا على الإطلاق. بين هذين النقيضين توجد جميع أنواع الاحتمالات الأخرى حيث تكون إحدى الموجات جزئياً في الطور مع الأخرى. تؤدي إضافة موجتين مثل هذه إلى إنشاء موجة ثالثة لها نمط غير عادي ، مرتفع ومنخفض من القمم والقيعان. قم بإضاءة موجة كهذه على الشاشة وستحصل على نمط مميز من المناطق المضيئة والمظلمة تسمى هامش التداخل. هذا النمط هو ما تدرسه وتقيسه باستخدام مقياس التداخل.

كيف تعمل مقاييس التداخل؟

مقياس التداخل هو أداة علمية دقيقة حقًا مصممة لقياس الأشياء بدقة غير عادية. تتضمن الفكرة الأساسية لقياس التداخل أخذ شعاع من الضوء (أو نوع آخر من الإشعاع الكهرومغناطيسي) وتقسيمه إلى نصفين متساويين باستخدام ما يسمى بمقسم الشعاع (ويسمى أيضًا مرآة نصف شفافة أو نصف مرآة). هذه ببساطة قطعة من الزجاج سطحها مغطى بطبقة رقيقة جدًا من الفضة. إذا سلطت الضوء عليه ، فإن نصف الضوء يمر مباشرة من خلاله ونصفه ينعكس للخلف و [مدش] ، لذا فإن مقسم الشعاع يشبه التقاطع بين قطعة زجاجية عادية ومرآة. تضيء إحدى الحزم (المعروفة باسم الحزمة المرجعية) على مرآة ومن هناك إلى شاشة أو كاميرا أو كاشف آخر. يضيء الشعاع الآخر في أو من خلال شيء تريد قياسه ، على مرآة ثانية ، ويعود من خلال مقسم الحزمة ، وعلى نفس الشاشة. ينتقل هذا الشعاع الثاني مسافة إضافية (أو بطريقة أخرى مختلفة قليلاً) للشعاع الأول ، لذلك يخرج قليلاً عن الخطوة (خارج الطور).

العمل الفني: كيف يعمل مقياس التداخل الأساسي (ميكلسون). إذا أخذنا الشعاع الأخضر ليكون الشعاع المرجعي ، فسنخضع الشعاع الأزرق لنوع من التغيير الذي أردنا قياسه. يجمع مقياس التداخل بين الشعاعين وأطراف التداخل التي تظهر على الشاشة هي تمثيل مرئي للاختلاف بينهما.

عندما يلتقي شعاعي الضوء على الشاشة ، فإنهما يتداخلان ويتداخلان ، ويخلق اختلاف الطور بينهما نمطًا من المناطق الفاتحة والمظلمة (بمعنى آخر ، مجموعة من هامش التداخل). مناطق الضوء هي الأماكن التي تم فيها الجمع بين الشعاعين (بشكل بناء) وتصبح أكثر إشراقًا ، بينما المناطق المظلمة هي الأماكن التي يتم فيها طرح الحزم من بعضها البعض (بشكل مدمر). يعتمد النمط الدقيق للتداخل على الطريقة المختلفة أو المسافة الإضافية التي قطعتها إحدى الحزم. من خلال فحص الأطراف وقياسها ، يمكنك حساب ذلك بدقة كبيرة و mdashand الذي يمنحك قياسًا دقيقًا لكل ما تحاول العثور عليه.

بدلاً من سقوط أطراف التداخل على شاشة بسيطة ، غالبًا ما يتم توجيهها إلى الكاميرا لإنتاج صورة دائمة تسمى مخطط التداخل. في ترتيب آخر ، يتم إجراء مخطط التداخل بواسطة كاشف (مثل مستشعر صورة CCD المستخدم في الكاميرات الرقمية القديمة) الذي يحول نمط هامش التداخل البصري المتذبذب إلى إشارة كهربائية يمكن تحليلها بسهولة باستخدام الكمبيوتر.

ما هي الأنواع المختلفة من مقاييس التداخل؟

أصبحت مقاييس التداخل شائعة في نهاية القرن التاسع عشر وهناك عدة أنواع مختلفة ، كل منها يعتمد تقريبًا على المبدأ الذي حددناه أعلاه وسمينا للعالم الذي أتقنه. ستة أنواع شائعة هي مقاييس التداخل Michelson و Fabry-Perot و Fizeau و Mach-Zehnder و Sagnac و Twyman-Green.

الصورة: مقياس تداخل من نوع Fabry-Perot صممه الدكتور Samuel Stratton من NIST الأمريكية في عام 1907 ويستخدم لقياس الأطوال الموجية لخطوط النيون. الصورة مقدمة من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا الرقمية ، Gaithersburg، MD 20899.

  • من المحتمل أن يشتهر مقياس تداخل ميكلسون (المسمى على اسم ألبرت ميكلسون ، 1853 و ndash1931) بالدور الذي لعبه في تجربة ميشيلسون مورلي الشهيرة عام 1881. وكان ذلك عندما نفى ميشيلسون وزميله إدوارد مورلي (1838 و ndash1923) وجود سائل غامض غير مرئي يسمى "الأثير" الذي اعتقد الفيزيائيون أنه يملأ الفراغ. كانت تجربة ميشيلسون مورلي نقطة انطلاق مهمة نحو نظرية النسبية لألبرت أينشتاين.
  • يستخدم مقياس تداخل رايلي (اخترعه اللورد رايلي عام 1896 ، 1842 و ndash1919) ، بشكل أساسي لقياس مؤشرات الانكسار للغازات ، وهو ما يفسر سبب تسميته أحيانًا بمقياس انكسار تداخل رايلي. وهو يعمل عن طريق تقسيم شعاع ضوئي إلى جزأين ، وتمرير كل نصف شعاع عبر أنبوب منفصل (يحتوي أحدهما على الغاز قيد الدراسة) ، ثم تجميعهما مرة أخرى لإنتاج تداخل.
  • مقياس التداخل Fabry-Perot (اخترع في 1897 بواسطة Charles Fabry ، 1867 & ndash1945 ، و Alfred Perot ، 1863 & ndash1925) ، المعروف أيضًا باسم etalon ، تطور من مقياس تداخل ميكلسون. فهو يجعل الأطراف أكثر وضوحًا ووضوحًا يسهل رؤيتها وقياسها.
  • مقياس التداخل Fizeau (المسمى على اسم الفيزيائي الفرنسي Hippolyte Fizeau، 1819 & ndash1896) هو شكل آخر وهو أسهل في الاستخدام بشكل عام من Fabry-Perot. يستخدم على نطاق واسع لإجراء القياسات البصرية والهندسية.
  • يستخدم مقياس التداخل Mach-Zehnder (اخترعه الألماني Ludwig Mach و Swissman Ludwig Zehnder) مقسّمين للحزمة بدلاً من واحد وينتج حزمتين من الخرج ، يمكن تحليلهما بشكل منفصل. يستخدم على نطاق واسع في ديناميات الموائع والديناميكا الهوائية و mdashthe المجالات التي تم تطويرها في الأصل.
  • يقسم مقياس التداخل Sagnac (المسمى على اسم عالم الفيزياء الفرنسي Georges Sagnac) الضوء إلى شعاعين ينتقلان في اتجاهين متعاكسين حول حلقة أو حلقة مغلقة (ومن هنا اسمه البديل ، مقياس التداخل الدائري). يستخدم على نطاق واسع في المعدات الملاحية ، مثل الجيروسكوبات الليزرية الحلقية (الإصدارات البصرية من الجيروسكوبات التي تستخدم أشعة الليزر بدلاً من العجلات الدوارة).

العمل الفني: في جيروسكوب حلقة الليزر ، يتم تقسيم شعاع الليزر الوارد (الأصفر) إلى قسمين في الأسفل. يذهب شعاع واحد (أزرق) في اتجاه عقارب الساعة حول الحلقة بينما الآخر (البرتقالي) يتجه عكس اتجاه عقارب الساعة ، قبل أن يلتقيا مرة أخرى و "يتداخلان" في الأعلى. إذا كان الجيروسكوب لا يزال ، فإن الشعاعين يسافران مسافات متساوية ويتداخلان بشكل بناء. إذا كان الاتجاه يمينًا أو يسارًا ، يجب أن ينتقل أحد الشعاع إلى أبعد من الآخر وسوف تتداخل الحزم بشكل مدمر. وبالتالي فإن نمط التداخل يعطي إحساسًا بكيفية تحرك الجيروسكوب. من خلال الجمع بين ثلاث من هذه الحلقات ، مثبتة بزوايا قائمة ، يمكنك إنشاء نظام توجيه بالقصور الذاتي ، والذي يقيس حركتك في ثلاثة أبعاد. إنها طريقة للتنقل دون استخدام إشارات خارجية مثل قياسات البوصلة أو إشارات الأقمار الصناعية.

تستخدم معظم مقاييس التداخل الحديثة ضوء الليزر لأنه أكثر انتظامًا ودقة من الضوء العادي وينتج حزمًا متماسكة (حيث تنتقل جميع موجات الضوء في الطور). لم يكن لدى رواد قياس التداخل إمكانية الوصول إلى الليزر (الذي لم يتم تطويره حتى منتصف القرن العشرين) لذلك كان عليهم استخدام أشعة الضوء التي تمر عبر الشقوق والعدسات بدلاً من ذلك.

العمل الفني: قياس التداخل باستخدام الألياف الضوئية. تمرر معظم مقاييس التداخل حزمها عبر الهواء الطلق ، لكن تغيرات درجة الحرارة والضغط المحلية يمكن أن تكون أحيانًا مصدرًا للخطأ. إذا كان هذا مهمًا ، فإن أحد الخيارات هو استخدام مقياس تداخل من الألياف الضوئية مثل هذا. يطلق الليزر (أحمر ، 12) شعاعه عبر العدسات (رمادي ، 16 أ / ب) في زوج من كابلات الألياف الضوئية. واحد منهم (أزرق ، 18) يصبح الشعاع المرجعي ، يرتد ضوءه مباشرة على الشاشة (برتقالي ، 22). الآخر (الأخضر ، 20) يسمح لشعاعها بعكس شيء يتم قياسه (مثل سطح مهتز) في كابل ثالث (أخضر ، 30). يلتقي المرجع والحزم المنعكسة ويتداخلان على الشاشة بالطريقة المعتادة. عمل فني من براءة الاختراع الأمريكية 4،380،394: مقياس التداخل بالألياف البصرية بواسطة David Stowe، Gould Inc. ، 19 أبريل 1983 ، بإذن من مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة.

ما مدى دقة مقاييس التداخل؟

يمكن لمقياس التداخل الحديث قياس المسافات في حدود 1 نانومتر (واحد من المليار من المتر ، وهو عرض 10 ذرات هيدروجين تقريبًا) ، ولكن مثل أي نوع آخر من القياس ، فإنه عرضة للأخطاء. من المحتمل أن يأتي أكبر مصدر للخطأ من التغيرات في الطول الموجي لضوء الليزر ، والذي يعتمد على معامل الانكسار للمادة التي تنتقل عبرها. تؤدي درجة الحرارة والضغط والرطوبة وتركيز الغازات المختلفة في الهواء إلى تغيير معامل الانكسار ، مما يؤدي إلى تغيير الطول الموجي لضوء الليزر الذي يمر عبره ويحتمل أن يتسبب في حدوث أخطاء في القياس. لحسن الحظ ، يمكن لمقاييس التداخل الجيدة أن تعوض عن ذلك. يحتوي بعضها على أشعة ليزر منفصلة تقيس معامل انكسار الهواء ، بينما يقيس البعض الآخر درجة حرارة الهواء والضغط والرطوبة ويحسب التأثير على معامل الانكسار بشكل غير مباشر في كلتا الحالتين ، ويمكن تصحيح القياسات وتقليل الخطأ الكلي ربما إلى جزء أو جزأين لكل مليون.

ما هي مقاييس التداخل المستخدمة؟

الصورة: قياس التداخل أثناء العمل: تم صنع هذه الخرائط الطبوغرافية ثلاثية الأبعاد لمنطقة لونج فالي بكاليفورنيا من مكوك الفضاء باستخدام تقنية تسمى قياس التداخل بالرادار ، حيث تنعكس حزم الموجات الدقيقة عن معالم الأرض ثم يتم إعادة تجميعها. الصورة مقدمة من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (NASA-JPL).

تستخدم مقاييس التداخل على نطاق واسع في جميع أنواع التطبيقات العلمية والهندسية لإجراء قياسات دقيقة. من خلال مسح مقاييس التداخل فوق الكائنات ، يمكنك أيضًا عمل خرائط مفصلة للغاية للأسطح.

بكلمة "دقيق" و "مفصل" ، أعني حقًا الدقة والتفصيل. هامش التداخل الذي ينتجه مقياس التداخل البصري (المستند إلى الضوء) مصنوع بواسطة موجات ضوئية تنتقل جزئيًا خارج الخطوة. نظرًا لأن الطول الموجي للضوء المرئي يبلغ مئات النانومترات ، فإن مقاييس التداخل يمكنها نظريًا قياس أطوال أصغر بمئات المرات من شعرة الإنسان. في الممارسة العملية ، تجعل قيود المختبر اليومية أحيانًا هذا النوع من الدقة صعب التحقيق. ألبرت ميكلسون ، على سبيل المثال ، وجد أن جهاز كشف الأثير الخاص به قد تأثر بحركات المرور على بعد حوالي ثلث كيلومتر!

يستخدم علماء الفلك أيضًا مقاييس التداخل لدمج الإشارات من التلسكوبات بحيث تعمل بنفس الطريقة التي تعمل بها الأدوات الأكبر والأكثر قوة التي يمكنها اختراق أعمق في الفضاء. تعمل بعض مقاييس التداخل هذه مع الموجات الضوئية ، ويستخدم البعض الآخر موجات الراديو (على غرار موجات الضوء ولكن ذات أطوال موجية أطول وترددات أقل).

الصورة: مقياس التداخل Keck. ربط علماء الفلك بين تلسكوبين بصريين بطول 10 أمتار (33 قدمًا) في هذه القباب في ماونا كيا ، هاواي لصنع ما هو فعال تلسكوبًا واحدًا أقوى بكثير. الصورة مقدمة من مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (NASA-JPL).

يساعدنا قياس التداخل أيضًا في اكتشاف أسرار الجاذبية. في عام 2017 ، شارك ثلاثة فيزيائيين أمريكيين (راينر فايس ، وباري باريش ، وكيب ثورن) في جائزة نوبل في الفيزياء لاكتشاف موجات الجاذبية ("تموجات في الزمكان") ، التي تنبأ بها ألبرت أينشتاين منذ أكثر من قرن. تسمى تجربتهم LIGO (مرصد مقياس التداخل الليزري لموجة الجاذبية) وتستخدم مقياسين تداخل ليزر كبيرين للغاية بأذرع بطول 4 كيلومترات (2.5 ميل) ، وتقع في مكانين مختلفين على بعد 3000 كيلومتر (1800 ميل) ، على طرفي نقيض من الولايات المتحدة (هانفورد) ، واشنطن وليفينجستون ، لويزيانا).

في أي مكان آخر ستجد مقاييس التداخل؟ هناك تطبيقان جديدان نسبيًا هما أجهزة الاستشعار البيولوجي (باستخدام ما يسمى مقاييس التداخل البلازمية) وأجهزة الكمبيوتر الكمومية.


2 إجابات 2

مع دقة 1E-09 راديان ، سيكون عرض المشتري 1 بكسل عند 7 سنوات ضوئية.

إذا كان لديك 1E-10 راديان ، يمكنك حل أكبر الميزات.

يبلغ الطول الموجي للضوء المرئي 5E-07 مترًا ، لذا إذا أردت استخدام مجموعة من التلسكوبات لتكوين فتحة مع نوع من التوليف المتماسك ، فإن "كل ما تحتاجه" هو فتحة قطرها 200 متر. لن يكون من الضروري أن تكون صلبة أو ممتلئة ، فإن فتحة العينة ستفعل ذلك.

في الواقع ، يمكن تحسين فتحة عينة لتحسين التباين في بعض المناطق من خلال فقدان الكفاءة والتباين في مناطق أخرى. انظر هذه الإجابة على السؤال "ما الذي يجعل مقاييس التداخل الصغيرة مفيدة؟ مثل NIRISS على JWST"

يمكنك أيضًا قراءة المزيد عنها في:

في يونيو 2018 ، نشرت مجلة Science مقالة قصيرة تتحدث عن استخدام قياس التداخل البصري من تلسكوبات متعددة للتصوير. تعمل مقاييس التداخل البصري على زيادة حدة المناظر في السماء.

في الاعلى: "شوهدت خلايا البلازما المغلية على نجم عملاق أحمر بعيد باستخدام مقياس التداخل البصري في تشيلي." من المفترض أن هذا هو مصدر VLA.

هناك بحث (خارج نطاق هذه الإجابة) يدرس استخدام التشابك الكمومي لتبسيط مزيج قياس التداخل لإشارات النطاق العريض من تلسكوبات متعددة أيضًا. هذه هي الورقة التي كنت أفكر فيها:

المقاريب ذات الخط الأساسي الأطول التي تستخدم مكررات الكم: ArXiv و Phys. القس ليت. 109 ، 070503 - تم النشر في 16 أغسطس 2012 ، دانيال جوتسمان ، توماس جينوين ، سارة كروك

نقدم نهجًا لبناء تلسكوبات قياس التداخل باستخدام أفكار المعلومات الكمومية. مقاييس التداخل الضوئية الحالية لها أطوال أساسية محدودة ، وبالتالي دقة محدودة ، بسبب الضوضاء وفقدان الإشارة بسبب إرسال الفوتونات بين التلسكوبات. إن تقنية أجهزة إعادة الإرسال الكمومية لديها القدرة على القضاء على هذا الحد ، مما يسمح من حيث المبدأ بمقاييس التداخل مع خطوط أساس طويلة بشكل تعسفي.

كما أشارuhoh ، فإن مقاييس التداخل الضوئية الأكبر قليلاً من تلك التي لدينا الآن ستسمح بتصوير ميزات واسعة النطاق للكواكب الكبيرة حول النجوم القريبة.

للحصول على عرض أكثر تفصيلاً للكواكب الأصغر أو البعيدة ، نحتاج إما إلى مقاييس تداخل أكبر بكثير (المكافئ البصري لتقنيات VLBI المستخدمة في الراديو) أو لاستخدام شيء غريب مثل عدسة الجاذبية.

يمكننا عمل أرقام VLBI البصرية. لنفترض ، على سبيل المثال ، أنه يمكننا بناء مجموعة من التلسكوبات موزعة عبر قرص القمر بفتحة تبلغ 3000 كيلومتر (ولا يوجد تداخل جوي) ، عند (لراحة الحساب) 300 نانومتر في الأشعة فوق البنفسجية القريبة. سيكون لدينا دقة تبلغ حوالي $ 10 ^ <-13> دولار راديان ، مما يعطي دقة تبلغ 1 كيلومتر في سنة ضوئية واحدة ، أو 1000 كيلومتر (قارة) عند 1000 ليتر.

من الناحية التخمينية إلى حد ما ، إذا تمكنا من وضع صفيفنا في مدارات شمسية بنفس حجم كوكب زحل وتوصلنا بطريقة ما إلى كيفية دمج الإشارات ، فسنحصل على فتحة تبلغ 3 مليارات كيلومتر ، ودقة تبلغ 1 ملم عند 1 أو بضعة كيلومترات. في أندروميدا.

يعد استخدام عدسة جاذبية الشمس أمرًا صعبًا ، ولكنه قد يكون قويًا للغاية. هناك مقال سهل القراءة للغاية يقيم بعض المشكلات:

الملخص سيركز مجال الجاذبية للشمس الضوء من مصدر بعيد إلى نقطة محورية على مسافة لا تقل عن 550 وحدة فلكية من الشمس. يمكن لبعثة مقترحة لهذا التركيز الثقالي أن تستخدم الشمس كعدسة كبيرة جدًا ، مما يسمح (من حيث المبدأ) بتضخيم كبير للإشارة من الهدف ، وتضخيم عالي جدًا. تناقش هذه المقالة بعض الصعوبات التي ينطوي عليها استخدام الشمس مثل تلسكوب الجاذبية لمهمة مرشحة ، أي تصوير سطح كوكب خارج المجموعة الشمسية تم اكتشافه سابقًا. وتشمل هذه الصعوبات التأشير والبعد البؤري ، وما يرتبط بهما من تضخيم عالٍ ، نسبة الإشارة إلى الضوضاء المرتبطة بهالة الشمس ، والتشويش البؤري. بالإضافة إلى ذلك ، يتم اشتقاق طريقة لحساب كسب الإشارة والتكبير باستخدام حساب الانحراف من الدرجة الأولى والبصريات الكلاسيكية ، مما يدل على أن الكسب محدود لمصدر على المحور لمنطقة غير صفرية.

تتمثل إحدى المشكلات الكبيرة في أنه لتصوير كائن في اتجاه معين ، فأنت بحاجة إلى الانتقال بمقدار 550 وحدة فلكية من الشمس في الاتجاه المعاكس تمامًا ، ومجال الرؤية ضيق جدًا ، لدرجة أن كوكب خارج المجموعة الشمسية يتحرك عبر مجال الرؤية مركبة فضائية ذات حجم معقول في جزء من الثانية بسبب حركتها حول نجمها.

في حين أنه قد يكون من الممكن الحصول على معلومات علمية مفيدة من مهمة مثل هذه ، إلا أن الأمر سيستغرق كثيرا من المعالجة اللاحقة لإنتاج أي شيء يمكن التعرف عليه كصورة للعين البشرية.


لماذا لا نقوم بقياس التداخل لالتقاط صورة لبلوتو؟ - الفلك


كوكب قزم بلوتو.
المصدر: ناسا.
  • أقمار: 5 معروف
  • كتلة: .2٪ من كتلة الأرض
  • قطر الدائرة: 1473 ميل (2370 كم)
  • سنة: 248 سنة أرضية
  • يوم: 6.4 أيام الأرض
  • معدل الحرارة: سالب 388 درجة فهرنهايت (-233 درجة مئوية)
  • المسافة من الشمس: 3-5 مليار ميل من الشمس (5 - 7.5 مليار كيلومتر)

حتى عام 2006 ، كان بلوتو يعتبر الكوكب التاسع في النظام الشمسي. في ذلك الوقت ، قدم الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) تعريفًا رسميًا للكوكب. لم يعد بلوتو كوكبًا تحت هذا التعريف وأعيد تصنيفه على أنه "كوكب قزم".

بلوتو هو كوكب صغير نسبيًا ، أصغر من قمر الأرض. يُعتقد أن بلوتو يتكون من غطاء من الجليد (معظمه من جليد النيتروجين) ، والذي يمثل حوالي 50٪ من كتلته ، ونواة صخرية تشكل الـ 50٪ الأخرى من كتلته.

بلوتو له مدار فريد حول الشمس. بدلاً من مدار دائري أو دائري حول الشمس ، مثل الكواكب الثمانية ، يكون مدار بلوتو على شكل بيضوي. في أقرب نقطة له من الشمس ، يبعد بلوتو حوالي 2.8 مليار ميل. في أبعد نقطة لها ، تبعد حوالي 5 مليارات ميل عن الشمس. عندما يكون بلوتو أقرب إلى الشمس ، يكون له غلاف جوي رقيق. عندما يتحرك بلوتو بعيدًا عن الشمس ، يصبح الجو باردًا جدًا بحيث يبدأ الغلاف الجوي في التجمد والسقوط على الأرض.


بلوتو وأكبر أقماره شارون.
المصدر: ناسا.

يمتلك بلوتو خمسة أقمار مسماة: شارون ، وستيكس ، ونيكس ، وكيربيروس ، وهيدرا. الأكبر هو شارون. قطر شارون حوالي نصف حجم بلوتو. وهذا يجعله أكبر قمر في المجموعة الشمسية بالنسبة إلى الكوكب الذي يدور حوله. بلوتو وأقماره جزء من حزام كويبر.


بلوتو أصغر بكثير من الأرض
المصدر: ناسا.

كيف يقارن بلوتو بالأرض؟

يمتلك بلوتو سطحًا صخريًا صلبًا مثل الأرض. إنها أصغر بكثير من الأرض. إن بلوتو بعيد جدًا عن الشمس ، لدرجة أنه يحصل على القليل جدًا من الطاقة من الشمس وهو شديد البرودة.

كيف نعرف عن بلوتو؟

لما يقرب من 100 عام كان العلماء يشكون في وجود كوكب تاسع في مكان ما خارج نبتون استند هذا إلى التغييرات في مدار نبتون وأورانوس التي أشارت إلى وجود كتلة كبيرة تجر على الكواكب. أطلقوا على هذا الكوكب 9 الغامض الكوكب X.

في عام 1930 ، وجد عالم الفلك الشاب كلايد تومبو الكوكب X بعد عام من البحث.

منذ ذلك الحين ، تم تعلم الكثير عن بلوتو باستخدام التلسكوبات. كان أول مسبار فضائي يزور بلوتو هو New Horizons في عام 2015. حلقت New Horizons متجاوزًا بلوتو على بعد 7800 ميل من سطح الكوكب القزم. والتقطت صوراً ورسمت خرائط للتركيبات الكيميائية لسطح بلوتو وقمره شارون.


جبال عملاقة على سطح بلوتو.
المصدر: ناسا. الصورة مأخوذة بواسطة مسبار الفضاء نيو هورايزونز.

رؤية بلوتو

ما يمكنك فعله مع بلوتو هو أخذ الكثير من الملاحظات القصيرة للكوكب المتلألئ ، ثم تشغيلها خلال بعض الرياضيات للحصول على شكل بلوتو وقمره شارون.

إليكم بعض الصور من Pluto & quottwinkling & quot

ما يمكنك فعله مع بلوتو هو أخذ الكثير من الملاحظات القصيرة للكوكب المتلألئ ، ثم تشغيلها خلال بعض الرياضيات للحصول على شكل بلوتو وقمره شارون.

الرقطة هي تقنية حيث يمكنك التقاط صورة لمستوى التلميذ (بشكل أساسي تحويل فورييه للصورة) ثم إنشاء صورة عن طريق ملاءمة نموذج interative للبيانات.
أحد الآثار الجانبية للعملية هو أن لديك صورة متماثلة لأنه لا توجد درجات كافية من الحرية في البيانات لتحديد أيها صحيح.

كما أن الهدف من البقعة هو إزالة تأثيرات وميض atmopsheric - لذلك لا معنى بعض الشيء في هذه المناقشة. سوف يتلألأ بلوتو مثل نجم من خلال تلسكوب قوي بما يكفي لرؤيته. الكواكب لا تومض لأنها أكبر بعدة مرات من حجم التشوه الجوي (1 أرك ثانية) ، بلوتو أصغر من هذا


كلايد دبليو تومبو ، 90 ، مكتشف بلوتو

توفي كلايد دبليو تومبو ، الذي حصل على مكانة دائمة في سجلات علم الفلك من خلال اكتشافه لبلوتو في المناطق البعيدة للنظام الشمسي في عام 1930 ، يوم الجمعة في منزله في لاس كروسيس ، نيو مكسيكو ، وكان عمره 90 عامًا.

بعد بحث مضني وممل عن السماء ، اكتشف السيد تومبو الكوكب التاسع ، وهو الكوكب الأصغر والأبعد عادة الذي يدور حول الشمس ، أثناء عمله في مرصد لويل في فلاغستاف ، أريزونا. كان الشخص الوحيد الذي اكتشف كوكبًا في النظام الشمسي في القرن العشرين.

كان السيد تومبو يبلغ من العمر 24 عامًا وقت اكتشافه ، ولم يكن بعيدًا عن مزرعة في كانساس ، وكان يفتقر إلى التدريب الرسمي في علم الفلك أو شهادة جامعية ، ومع ذلك فقد نجح حيث فشل الآخرون.

وبلغ إنجازه ذروته في بحث بدأه عالم الفلك بيرسيفال لويل في عام 1905 ، قبل ولادة السيد تومبو. كان هناك ثمانية كواكب معروفة في ذلك الوقت ، وقال لويل وآخرون إن المخالفات في مدار نبتون لا يمكن تفسيرها إلا من خلال كوكب أبعد ، أطلقوا عليه اسم الكوكب X.

أجرى السيد تومبو بحثًا منهجيًا باستخدام تلسكوب واسع المجال قطره 13 بوصة مصمم خصيصًا. على الرغم من أن لويل تنبأ بأن الكوكب X سيكون موجودًا في واحد من موقعين محتملين ، كان السيد تومبو مستعدًا للبحث في سماء الليل بأكملها.

للبحث عن الكوكب X في منطقة معينة من السماء ، التقط صورتين بتعريض ضوئي طويل تفصل بينهما بضعة أيام. Then he examined the two photographic plates, which contained 50,000 to 900,000 specklike images of stars, using a microscopic eyepiece and a device that allowed the plates to be alternated rapidly. Any object like an asteroid or a planet that had moved against the background in the period between the two exposures would appear to jump backward and forward. The task was simple but tiresome and required intense concentration.

''There are 15 million stars in the sky as bright as Pluto,'' Mr. Tombaugh once said. ''I had to pick one image out of the 15 million.''

On Feb. 18, 1930, while examining two plates he had taken six days apart the previous month, he found a starry speck that moved in relative position from one plate to the other by the amount he had hoped for. It was Planet X.

''It electrified me,'' he recalled later. ''When I saw that, I knew instantly that was it.''

Clyde William Tombaugh was born on Feb. 4, 1906, on a farm near Streator, Ill., and spent his early life on farms in Illinois and Kansas. His interest in astronomy developed in childhood, and he first glimpsed the stars through an uncle's three-inch-diameter telescope. Inspired by an article in Popular Astronomy, Mr. Tombaugh made his own reflecting telescope after graduating from high school, grinding its eight-inch mirror on a post outside the family farmhouse in Burdett, Kan.

''I wanted a better telescope than I could get from Sears and Roebuck,'' he said. The mirror was not very accurate, but it led to a lifetime of building and improving telescopes.

Using the shaft from his father's 1910 Buick and parts from farm equipment, he made a nine-inch reflecting telescope that turned out to be an excellent instrument. In 1928, after a hailstorm destroyed the family's wheat and oats crops, along with Mr. Tombaugh's hopes of starting college anytime soon, he sent some of his best drawings of Jupiter and Mars to the Lowell Observatory.

He was hoping only for advice about his work, but his timing was lucky. The observatory needed a dedicated amateur who would work long hours at low pay to operate its new photographic telescope and make long-exposure photographs of the sky. He was offered the job.

On Jan. 14, 1929, he left Kansas for Flagstaff after a parting admonition from his father, Muron: 'ɼlyde, make yourself useful, and beware of easy women.'' He was quickly given the great responsibility of searching for Planet X. After 10 months of painstaking work, he made his discovery, which was announced on March 13, 1930, after the observatory watched the planet's progress for a few weeks.

On a scholarship in 1932, he went to the University of Kansas for his formal education in astronomy, returning to the observatory each summer to take up his observing duties. He met Patricia Edson, a philosophy major at the university, and they married in 1934. Mr. Tombaugh is survived by his wife, two children, Alden and Annette Tombaugh, all of Las Cruces five grandchildren, and eight great-grandchildren.

After graduating, he returned to the observatory, where he continued his work until 1943, with time off to earn a master's degree at Kansas in 1939. He continued to search for new planets in the solar system, but neither he nor anyone else has found another one.

He once calculated that he had examined 90 million star images on 338 pairs of Lowell photographic plates and had catalogued 29,548 galaxies, 1,807 variable stars and 3,969 asteroids, of which 775 of the asteroids were previously unreported.

He also found that galaxies were clustered in certain places rather than being randomly distributed across the skies. ''Only a few people have seen as much of the universe as I have,'' he said.

Later in his career, Mr. Tombaugh taught physics at Arizona State College in Flagstaff, worked as an optical physicist and astronomer at White Sands Proving Grounds near Las Cruces, and joined the faculty at New Mexico State University in 1955. There he led planetary observation efforts, and from 1953 to 1958, he also directed a search for small objects like asteroids near Earth that might pose a threat to spacecraft. None were found.

Mr. Tombaugh was also an experienced observer of Mars and other planets. He predicted in 1950 that Mars would have impact craters caused by asteroids, and 15 years later, images taken by the Mariner 4 space probe proved him correct.

He was the co-author, with Patrick Moore, of the book ''Out of the Darkness: The Planet Pluto'' (1980).

Mr. Tombaugh retired from New Mexico State in 1973 but continued to observe the cosmos with his homemade telescopes. The Smithsonian Institution asked him to contribute his nine-inch reflector to its collections, but he said, ''They can't have it yet -- I'm still using it!''


Why Are Pluto's Moons So Weird?

Pluto is a strange little world, but its moons are even weirder.

Whether or not you want to call it a "planet", it's a body strongly influenced by two other worlds: the giant planet Neptune and its moon Charon. Pluto crosses Neptune's orbit twice during its long sojourn around the Sun. But Charon (which I pronounce KAR-on, but you'll also hear SHAR-on and other variations) is the big deal: the moon is more than 10 percent of the mass of Pluto. It exerts such a strong gravitational pull that both objects orbit a spot in empty space between them, and forces Pluto to present one face to Charon, just like Earth forces the Moon to keep the same side faces us. If you lived on the "far side" of Pluto, you'd never see Charon in the sky.

Pluto and Charon together have four much smaller moons: Styx, Nix, Kerberos, and Hydra. We don't know much about those moons yet: Nix and Hydra were only discovered in 2005, Kerberos was found in 2011, and Styx in 2012. Even in our most powerful telescopes, they appear as dots. (Pluto and Charon aren't much better off — they look like blurry disks even to the Hubble Space Telescope.) But looking at their orbits around Pluto and Charon, astronomers found something weird.

Those tiny moons dance in tandem.

Specifically, Styx takes almost exactly three times as long to orbit as Pluto and Charon take to swing around each other. Nix takes nearly four times as long, Kerberos takes almost precisely five times as long, and Hydra's orbit is close to exactly six times longer. Those numbers are too close to being whole numbers to be coincidence. Numbers like that mean the moons dance together as something known as a gravitational resonance.

Gravity pulls any two masses toward each other: an asteroid and the Sun, a planet and its moon, you and the person sitting next to you on the bus. The strength of the force depends on the masses and the distance between the bodies: you don't feel the gravitational force of your seat neighbor (thankfully). Resonance happens in cases such as when two moons in orbit around the same planet are fairly close together. The closer a moon is to the planet, the faster it moves, so each time it laps the next moon farther out, they give each other a slight gravitational nudge. That nudge, if it happens more or less in the same place on each orbit, builds up over time until the orbits link up: the faster one will end up orbiting exactly twice for each orbit of the slower moon.

We see this in other moon systems: the big moons of Jupiter (Io, Europa, and Ganymede) fall into a resonant pattern, as do several of Saturn's moons. But Pluto is a lot smaller than Jupiter or Saturn, and the orbits of its moons are a lot closer together, to the point where the gravitational influence on each other is strong for much of their orbits.

Pluto and its five moons, as seen from the Hubble Space Telescope. [Credit: NASA, ESA, and L. . [+] Frattare (STScI)]

The strong gravitational kicks the moons give one another have another effect: Nix and Hydra probably rotate chaotically. "Chaos" doesn't quite mean what it does in everyday language in this case it means the forces acting on the moons combine in such a way that the effect is unpredictable over a long time. As a result, the time for Nix and Hydra to rotate takes a different amount of time each orbit. That would be like if the Sun rose at a different time every day on Earth. Additionally, the moons' orbits are not completely circular — eccentric, to use the technical term — and tilted from the orbit of Pluto and Charon. As I said: these moons are weird.

The problem for astronomers: figuring out how this kind of system could form in the first place. The closer together objects are, the more likely the complicated gravitational effects will kick one or more of the moons out of the system, so it's not obvious how the Pluto-Charon system formed and evolved the way it did.

However, astronomers are thinking about more than Pluto. Several exoplanet systems — planets orbiting other stars — are also closely packed around a binary star, like Tatooine in Star Wars. These systems have two or more large planets orbiting their host star closer than Mercury orbits the Sun. If we can figure out how Pluto, Charon, and the smaller moons made a stable system, maybe we can learn something about these exoplanet systems — and why our own Solar System looks so different.

Some of this stuff is speculative: the new paper published today in طبيعة is based on Hubble Space Telescope data. Good as that is, Pluto is very tiny in Hubble's view, and isn't pointed at the outer Solar System all the time. We should know much more in the next month or so, as the New Horizons probe speeds past Pluto. With the data in hand, researchers have a tiny chance to see what these tiny moons look like, in addition to the obvious awesome stuff from Pluto itself.

Before New Horizons arrives on July 14, I'll return to Pluto (metaphorically) a few more times, to talk about what we know about the little world, along with how it both resembles and differs from other icy objects in the outer Solar System. These are exciting times! We've known about Pluto since 1930, but we still know very little about it. This summer (spoken in my best movie-trailer voice), all that will change.


'The Girl Who Named Pluto' Stars in New Picture Book

Eleven-year-old Venetia Burney was eating breakfast at her home in Oxford, England, on the morning of March 14, 1930, when her grandfather delivered some exciting news. Clyde Tombaugh, an eagle-eyed assistant at the Lowell Observatory in Flagstaff, Arizona, had discovered visual proof of a long-theorized "trans-Neptunian object" on the edge of the solar system. The scientists gave their discovery the placeholder name of Planet X, but Venetia had a better idea.

"Why not call it Pluto?" she asked. In Roman mythology, Pluto wasn't just Neptune's brother. He was also the ruler of the underworld. And it stood to reason, Venetia said, that because Planet X orbited so far away from the sun, it would be as lifeless, cold and overcast as the shadowlands themselves.

Venetia's grandfather, Falconer Madan, a retired librarian of Bodleian Library at the University of Oxford, seized upon the idea. He immediately routed her suggestion to Oxford astronomer Herbert Hall Turner, who in turn dashed off a telegraph to Lowell Observatory. It read: "Naming new planet, please consider PLUTO, suggested by small girl Venetia Burney for dark and gloomy planet."

Tombaugh and his colleagues voted unanimously for the name, and on May 24, Planet X was officially christened Pluto.

But you'd be forgiven if you haven't heard of Venetia. Alice B. McGinty, an award-winning author of more than 40 books for children, hadn't &mdash at least not until she happened upon a mention of the schoolgirl while researching something unrelated. More than 80 years had passed, but McGinty was hooked.

"An 11-year-old girl had named Pluto? I'd had no idea, and the thought of it intrigued me so much that I stopped working on the other project and dove into Venetia's story, finding out everything I could," McGinty told Space.com. "I had the book outlined in my head within the first few hours, as her story took shape."

And take shape it did. On May 14, Schwartz & Wade will publish "The Girl Who Named Pluto: The Story of Venetia Burney," a picture book that recounts Venetia's history-making turn for kids ages 4 to 8, although "there's plenty" for older children to connect with as well, the author said. And the vintage-flavored illustrations by Elizabeth Haidle make the experience a visual delight.

McGinty said she felt "like a detective" as she plundered libraries, dove through archives and interrogated journalists to unearth telling glimpses of Venetia's budding interest in astronomy, such as a field trip where her classmates modeled the distances between planets using seeds, fruit and golf balls as props.

Though she never met the subject of the book &mdash Venetia Burney, later Venetia Phair, died at age 90 in 2009 &mdash McGinty managed to track down and write to her son, Patrick, who was living in England. "By gosh, it took some time, but he wrote me back and answered my questions," she said.

But even Patrick wasn't able to fill in all of the blanks. McGinty recalled wrestling with the gaps in the historic record. How did Venetia and her grandfather occupy themselves while they were waiting to hear from the Lowell Observatory scientists, for instance? And how did Venetia respond when she was finally told Planet X would henceforth be known as Pluto?

"Oh, how I wish I could have been a fly on the wall, watching as this all unfolded. I would have loved to have seen Venetia's face when she found out she'd named a planet," McGinty said. "I did the best I could, piecing together the information I had and asking myself questions such as, 'What would Venetia have felt? What would she have most likely done?'"

McGinty says she hopes Venetia's tale inspires her readers &mdash girls, in particular.

"I hope girls read it and feel empowered to be part of the scientific process," she said. "I hope boys read it and feel empowered, too, and understand how important girls are to science."

Certainly, Venetia didn't let her age or gender hold her back. By instinctively connecting her love of mythology with her knowledge of space, she understood the relationship between story and science, McGinty said. She quoted Kirk Johnson, director of the Smithsonian Museum of Natural History, who said, "You need to have art in your science brain."

"Finding the story in science helps science come to life: knowing the story of the person behind the discovery, understanding how an achievement was made after many failed attempts," McGinty said. "As Venetia knew, science is about asking questions and working to find answers. Story is about asking questions, too &mdash what happens? What if? Why? &mdash and writing to find the answers. I hope readers will think about the magical connection between science and story and use it to bring science to life in their own lives."

McGinty never returned to her original project. Like Venetia, she gave herself permission to follow where inspiration led. Perhaps her readers will be moved to do the same.

"I hope Venetia's story helps to empower young people to give themselves permission to jump in and participate in science, as Venetia did," she added.


We now have official high-resolution maps of Pluto and Charon

Three years ago tomorrow — on July 14, 2015 — the New Horizons spacecraft shot past Pluto at a velocity of 13.8 kilometers per second (very nearly 50,000 kilometers per hour). At closest approach it was only 12,500 km above the icy world's surface, which is incredible given the 5 billion km it had traveled to get there!

Just in time for the anniversary, the New Horizons team has published both global and topographic (elevation) high-resolution maps of Pluto and its moon Charon, the first of their kind that have been officially validated. The Charon images have resolution down to about 1.5 kilometers per pixel, while some areas of Pluto were seen at a staggering 70 meters per pixel!

More Bad Astronomy

The maps are available at NASA's Planetary Data System, but I'll note they take some experience to use. My friend Emily Lakdawalla has online tutorials on how to process them (including an 88 Mb video tutorial you can download). I haven't played with them, to be honest — as an old hand at image processing, I'm actually a little reticent to: I know I'll wind up spending the next two weeks without sleeping obsessively poking around the maps. But I imagine a lot of people will have a lot of fun digging around in them.

The maps have variable resolution, because New Horizons zipped by so quickly it only effectively saw one half of each world, and it saw some parts better than others. While it did turn around after the flyby and take images of the "back" sides, those were the unilluminated halves, so not much was seen. However, because Pluto has an atmosphere (though very thin), scattered light did softly illuminate part of the night side, so about 78% of Pluto's surface was seen.

The methodology and results for Pluto and Charon were published in two papers in the planetary science journal Icarus, if you're curious about the very technical details. Some of the highlights are pretty interesting…

The terrain of Pluto mapped out using New Horizons observations. Tombaugh Regio, the “heart”, dominates. Credit: NASA/JHUAPL/SwRI

For example, Sputnik Planitia (the left side of Pluto's "heart") is 2.5 – 3.5 km deep as measured from the rim. That makes it a pretty significant basin! On its western flank are huge massifs (groups of mountains) that sport the steepest slopes on Pluto, some of which are at a 40 – 50° grade.

Although it's not obvious at all from the images, there's a system of ridges and troughs that runs north-south across the entire mapped face of Pluto, west of Sputnik, that is 300-400 km wide and at least 3,200 km long. It's literally pole-to-pole, at least. It may extend along the side of Pluto not seen well by New Horizons, too. What could cause such a tremendous feature? It's not clear. It's likely tectonic, somehow. Pluto's crust has expanded due to undersurface liquid (likely water) freezing, called extensional deformation. That could tear the crust along a line, creating such a feature. No one's sure.

Another mystery lies at the north pole. There's a dome there 2-3 km high and 600 km wide. That's pretty dang big. It's not at all clear what it is. It could be thicker crust there, possibly due to accumulation of material over time. But if that's the case, it would make Pluto wobble as it rotates, ending up with it tipping over and flipping the dome from being at Pluto's pole to being at the equator. That would also be true if it's an ancient shield volcano, or some sort of uplift feature due to internal upwelling. So why it's where it is, frankly, is weird.

The jumbled mess that is Charon, Pluto’s large moon. Credit: NASA/JHUAPL/SwRI

But not nearly as weird as Charon, Pluto's oversized moon. I've always said it looks like Frankenstein's moon, as if it had been broken apart and slapped back together.

That's not too far off. New Horizons data allowed scientists to make elevation models for about 40% of its surface, and the difference between the northern and southern hemispheres is as distinct as they appear in images.

The northern hemisphere is broken up into huge polygon-shaped blocks that are bounded by troughs up to 13 km deep, the deepest features on Charon. These blocks can form when the crust fractures (possibly due to expansion, similar to Pluto's) and liquid underneath extrudes between them. The tallest features in the reach 5-6 km high, so there's an elevation swing of up to 19 km across the moon, which is more than any other mid-sized object mapped in the solar system (except Saturn's moon Iapetus, which has its own weirdnesses).

The southern hemisphere of Charon is completely different. The wide plains, broadly and informally called Vulcan Planitia (yes, after Star Trek) are much smoother, the structure dominated by the processes of tectonics and resurfacing. It's possible there were cryovolcanoes — volcanoes that spew liquid water instead of molten rock like on Earth — which then flooded the region. But there are also massifs in Vulcan Planitia, which make this less likely. It's possible there was crustal breakup there too, but the blocks foundered (collapsed), so that liquid water underneath them extruded up, flooding the area. The massifs are then what's left of the blocks just breaching the surface, the parts that weren't subsumed.

That's so cool! But like so much in the Pluto system, it's not clear what's what. We only got this one glimpse! All that's left to do is study the information returned over those billions of kilometers from New Horizons, and try to puzzle out what forces sculpted these bizarre worlds. It may be decades before we see them up close again, so maps like these will be crucial for planetary scientists to use and guide them around the twisted and jumbled topography, on their journey toward understanding these frigid little worlds.


New Definition Would Make the Moon and Pluto Planets

Anyone fuming over Pluto’s demotion from full-fledged planet to dwarf planet in 2006 will be happy to hear that there is still hope. Pro-Plutonians recently suggested a new definition of a planet that would add the celestial sphere back to the solar system’s list of heavy hitters. The only catch? It also reclassifies Earth’s moon and 100 other bodies orbiting the sun as planets as well.

Related Content

The reason Pluto was given the cold shoulder was because it did not fulfill one of the three criteria set by the International Astronomical Union that define a full-fledged planet. The first two criteria—that it orbit around the sun and have sufficient mass to have a round shape—Pluto passed with flying colors. But it failed the housekeeping test—after millions of years, its gravity had not “cleared its neighborhood,” or become the gravitationally dominant object in its orbit, since Pluto shares its neighborhood with several “plutinos” that are affected by the gravity of Neptune.

Alan Stern, the principal investigator of the New Horizons mission to Pluto, and his colleagues argue in a paper, published in the journal Lunar and Planetary Science, that the definition should be changed. They suggest this mouthful: “A planet is a sub-stellar mass body that has never undergone nuclear fusion and that has sufficient self-gravitation to assume a spheroidal shape adequately described by a triaxial ellipsoid regardless of its orbital parameters.”

They write that this simplifies more or less into a grade-school-friendly definition of  “round objects in space that are smaller than stars.”

Science Alert reports that the astronomers aren’t just plumping for Pluto, but level three main criticisms at the current definition of a planet. First, the current definition only applies to objects in our solar system, meaning that technically, any of the many exoplanets, including the seven Earth-sized planets circling the star TRAPPIST-1 announced last week, aren’t technically planets since they don’t orbit our sun.

Second, they argue that none of the planets in the solar system actually satisfy the “neighborhood clearing” criteria since every planet, including Earth, has many objects like trojans, quasi-satellites and mini-moons that are popping in and out of planetary orbits all the time.

And the last argument is that the current definition of a planet does not ever define the neighborhood or zone that a planet’s gravity is expected to clear, meaning the dividing line between planets and non-planetary objects is arbitrary.

For Stern and his colleagues, there is also a public-relations element to the redefinition. Between the time the New Horizons probe launched in January 2006 and the time it reached Pluto in July 2015, the sphere went from being a planet to a dwarf planet. “In the decade following the supposed 'demotion' of Pluto by the International Astronomical Union (IAU), many members of the public, in our experience, assume that alleged 'non-planets' cease to be interesting enough to warrant scientific exploration, though the IAU did not intend this consequence,” the team writes in their paper. “To wit: a common question we receive is, 'Why did you send New Horizons to Pluto if it’s not a planet anymore.'”

Calling something "planet," they argue, gives it a little extra status when it comes to exploration.

There is no word on whether the IAU has any plans to reassess its definition of a planet, but there seems to be scientific and public interest in hashing out the issue. In 2014, a debate at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics about Pluto stirred up the controversy once more, with the audience of academics and astrogeeks voting that Pluto is a planet based on their preferred definition that “A planet is the smallest spherical lump of matter that formed around stars or stellar remnants.”

There hasn't been much debate on whether the moon should get an upgrade as well. Stephen Pumfrey, a historian at Lancaster University, writes at The Conversation that Greek and medieval astronomers considered the moon a planet. It wasn’t until Copernicus pointed out that the moon orbits the Earth and not the sun that it became simply a satellite. Reclassifying the moon as a planet, he writes, would take astronomy full circle.

If the definition does change and Pluto resumes its spot in the celestial lineup, it may have to find a different nickname other than the Ninth Planet. Astronomers are hopeful they will soon discover another planet orbiting the Sun beyond Pluto tentatively called Planet 9.

About Jason Daley

Jason Daley is a Madison, Wisconsin-based writer specializing in natural history, science, travel, and the environment. His work has appeared in يكتشف, Popular Science, Outside, Men’s Journal, and other magazines.


شاهد الفيديو: كوكب بلوتو وأول صور في التاريخ. تقرير رقمي (أغسطس 2022).