Яку деталь може побачити Хаббл на Марсі?

Я досліджую сцену для науково-фантастичного роману, в якому найближчі головні герої спостерігають землю за допомогою встановленого на станції телескопа на орбіті Марса. Моя мета - зрозуміти, наскільки детально вони могли б розглянути.

Телескоп Хаббл - це, мабуть, розумне порівняння для моїх цілей. Я знайшов образи, які Хаббл взяв з Марса під час близького підходу, але не знаю, чи вони представляють найкращу можливу роздільну здатність, або просто роздільну здатність, обрану чи наявну в той час, чи, справді, якщо вся планета була зображена на більш високій роздільна здатність, ніж фотографія, опублікована в популярних ЗМІ.

Чи може телескоп, схожий на Хаббла, спостерігати значно більшу деталізацію, ніж показано в статті нижче? Якщо так, що може бути вирішеним? Великі міста? Індивідуальні будівлі?

З Хаббла Vox.com можна побачити галактики, що неможливо далеко. Ось що відбувається, коли дивиться на Марс і Сатурн.

вище: Обрізаний з джерела NASA, ESA та STScI

вище: Обрізаний з джерела NASA / Хаббл

— Ерік Дж.
джерело

По-перше, вам потрібно зрозуміти, що збільшення - це не те, про що ви хочете запитати, а кутове дозвіл.

— AtmosphericPrisonEscape

Я поставив зображення під питання, тому що з часом посилання розриваються (популярні веб-сайти рухаються чи архівують старі статті), і тоді питання стає недійсним. Таким чином майбутні читачі все ще зможуть побачити, про які образи йде мова. Також вони справді прекрасні!

— uhoh

Роздільна здатність публічних образів мені здається правильною. Я впевнений, що більше деталей може бути видобуто за допомогою важкої обробки, але це також має тенденцію до створення артефактів.

— Флорін Андрій

@Tim Загалом зображення з NASA є у вільному доступі для публічного використання, але я не знаю точної ліцензії. Сама політика, ймовірно, набагато старша, ніж cc by-sa і може бути встановлена законодавством США якось як частина мандату на фінансування. Це, звичайно, пошук в Інтернеті. spacetelescope.org/copyright Якщо є ще що обговорити, можливо, це хороша тема для мета-питання.

— uhoh

У випадку, якщо вам потрібно описати масштаб цього телескопа в людському референтному вигляді, це зручна графіка з Вікіпедії.

— єпископ

Відповіді:

Забудьте про збільшення. Люди, які знають телескопи, не думають щодо збільшення. Важливе значення має кутова роздільна здатність або роздільна здатність: кутовий розмір найменших деталей, які ви могли побачити на інструменті.

Правило великого пальця: роздільна здатність телескопа діаметром 10 см дорівнює 1 дузі секунди при використанні видимого світла. Числа обернено пропорційні. 20 см телескоп вирішує деталі розміром 0,5 арксек. 1-метровий телескоп розділяє 0,1 арксек.

Хаббл має діафрагму (діаметр) 2,4 м, тому його роздільна здатність становить 0,04 арксек.

Мінімальна відстань між Землею та Марсом становить близько 55 мільйонів км, і це трапляється дуже рідко. Максимальна відстань - 400 млн км. "Середня" відстань - 225 млн км (але фактична відстань весь час змінюється).

Застосуємо дотичну 0,04 дуги на 55 млн км:

https://www.wolframalpha.com/input/?i=tan(0.04+arcseconds)+*+55000000

Це 10 км. Тут можна було б побачити лише основні географічні особливості.

Щоб побачити будівлі (до масштабу 10 м), знадобиться 1000-кратне дозвіл. Це означає діафрагму в 2,4 км. Жоден із класичних конструкцій телескопа цього не може забезпечити. Це мав би бути якийсь інтерферометричний дизайн - велике плоске поле, де кілька дзеркал розміщено на відстані декількох кілометрів і оптично з'єднані, щоб функціонувати як одне величезне дзеркало (ну, начебто - це більше інтуїтивно зрозуміле пояснення).

Це було б схоже на ВМС Precision Optical Interferometer поблизу Flagstaff, штат Арізона.

Деякі з широких, рівних частин Валлес Марінеріс можуть забезпечити гарне місце для інтерферометра. Acidalia Planitia надала б ще більше місця для побудови величезних інтерферометрів, і вона повинна бути хорошим місцем для побудови споруд взагалі - рівних за горизонт; це місце, де велика частина книги / фільму марсіани встановлюють свою історію. Але будь-яке велике, досить рівне поле працювало б.

Все вищесказане передбачає відстань найближчого наближення між Землею та Марсом. На практиці відстань більша за це, тому діафрагма повинна збільшуватися. Ви роздумуєте про інтерферометр із базою в десятки км, якщо хочете розрізнити такі структури, як будівлі.

Імовірно, інтерферометр міг бути вбудований на орбіту, але ви повинні забезпечити, щоб відстань між дзеркалами підтримувалося з надзвичайною точністю. На планетарній поверхні земля забезпечує необхідну жорсткість. У космосі вам доведеться ... Не знаю, використовуйте космічну магію.

— Флорін Андрій
джерело

Дякую, це чудово детальна відповідь. Сюжет жодним чином не залежить від бачення невеликих особливостей, тому я піду за допомогою можливості вирішувати основні географічні особливості. Я прагну вдосконалити науку в своїх романах і дуже вдячний за вашу допомогу!

— Ерік Дж

@EricJ. - гаразд, тоді орбітальний телескоп спрацював би. Успіхів у вашому проекті!

— Флорін Андрій

@ PM2Ring. Дійсно, я посилаюсь на Олімп Монс у цій історії. У цій сцені орбітальна станція (навколо Марса) втратила контакт із землею через тижні після вторгнення прибульців. Роль телескопа в цій сцені полягає в тому, щоб підкреслити їх відчай від новин з дому. Це насправді їм нічого не говорить, але я хочу точно описати те, що вони бачать. Це чудово працює для сюжетних цілей, що вони можуть бачити лише основні географічні особливості. Дякую за думку!

— Ерік Дж

@ChrisStratton Це не те, що телескоп повинен бути на орбіті, а в тому, що люди опиняються там. Марсіанська атмосфера настільки тонка, що вона не повинна мати великого впливу на спостережувальну астрономію від того, що я знаю. Я припускаю, що вони могли побудувати на поверхні великий телескоп (наприклад, на Olympus Mons, як було запропоновано вище), приділяючи достатньо часу, але історія підведе їх в іншому напрямку.

— Ерік Дж

Замість того, щоб намагатися подивитися на деталі зображення, як будівлі, ваші персонажі, ймовірно, дивилися б на речі, такі як моделі нічного освітлення (звичайні, відсутні, раптові спалахи з тривожними спектрами), можливо, порушені погоди, радіо балаканина (нормальна, відсутня, ніколи раніше побачені модуляції) тощо. Це майже проблема SETI, але тепер з трьома варіантами - звичним, нічого, незнайомим

— Кріс Страттон

$10^{-7}$ становить близько 54,6 млн. км, тому теоретична мінімальна роздільна здатність становить від 5 до 6 км. Тож великі міста можуть бути видні, якщо вони мають багато контрасту. Оскільки при найближчому підході спостерігач на Марсі дивиться прямо на нічну сторону Землі, добре освітлене місто може бути легко помітити, з іншого боку, вони також дивляться більш-менш прямо на Сонце, що може дати деяким проблеми. Але все ж таки настануть часи, коли відстань становить лише 70 або 80 мільйонів км, а кут від Сонця є більш керованим, тож роздільна здатність 10 км у УФ, 20 у видимому світлі є достовірною.

— Стів Лінтон
джерело

Мені не ясно, чи збігається мінімальна відстань Земля-Марс із транзитом Землі над Сонячним диском, видно з Марса. Оскільки орбіти не є точно копланарними, збіг не гарантується - принаймні, це моя інтуїція. Я можу помилитися.

— Флорін Андрій

@Florin Добре. Найближчий підхід має місце, коли Марс знаходиться в опозиції, але це може бути не транзитом. Надіюсь, Меус може нам сказати ...

— PM 2Ring

@FlorinAndrei Орбітальні площини планет досить трохи нахилені одна від одної (кілька градусів) - вони досить далекі від співпланарних. Зважаючи на крихітний кутовий розмір Сонця (0,5 ° від Землі POV) та великі відстані, що залучаються, транзити насправді досить рідкісні. Земні транзити, побачені з Марса, трапляються лише кілька разів на століття!

— Оскар Браво