Detail apa yang dapat Hubble lihat di Mars?

Saya sedang meneliti sebuah adegan untuk novel fiksi ilmiah di mana protagonis dalam waktu dekat mengamati bumi melalui teleskop yang dipasang di stasiun di orbit Mars. Tujuan saya adalah untuk memahami seberapa banyak detail yang dapat mereka lihat secara wajar.

Teleskop Hubble mungkin merupakan perbandingan yang masuk akal untuk tujuan saya. Saya menemukan gambar yang Hubble ambil dari Mars selama pendekatan yang dekat, tetapi saya tidak tahu apakah itu mewakili resolusi terbaik atau hanya resolusi yang dipilih atau tersedia pada saat itu, atau memang, jika seluruh planet dicitrakan pada tingkat yang lebih tinggi. resolusi daripada foto yang diterbitkan di outlet media populer.

Dapatkah teleskop mirip Hubble mengamati detail yang jauh lebih besar daripada yang ditampilkan pada artikel di bawah ini? Jika demikian, apa yang mungkin bisa diselesaikan? Kota besar? Bangunan individual?

Dari Hubble Vox.com dapat melihat galaksi yang sangat jauh. Inilah yang terjadi ketika melihat Mars dan Saturnus.

di atas: Dipotong dari Sumber NASA, ESA, dan STScI

di atas: Dipotong dari Sumber NASA / Hubble

— Eric J.
sumber

Pertama, Anda perlu memahami bahwa perbesaran bukan apa yang ingin Anda tanyakan, tetapi resolusi sudut.

— AtmosphericPrisonEscape

Saya telah memasukkan gambar ke dalam pertanyaan karena tautan time break (situs web populer memindahkan atau mengarsipkan artikel lama) dan kemudian pertanyaannya menjadi tidak valid. Dengan cara ini pembaca yang akan datang masih dapat melihat gambar apa yang sedang dibicarakan. Juga, mereka sangat cantik!

— uhoh

Resolusi gambar publik tampaknya tepat bagi saya. Saya yakin lebih detail dapat diekstraksi melalui pemrosesan yang berat, tetapi itu juga cenderung membuat artefak.

— Florin Andrei

@Tim Pada umumnya gambar dari NASA tersedia secara bebas untuk penggunaan umum, tetapi saya tidak tahu lisensi persisnya. Kebijakan itu sendiri mungkin jauh lebih tua dari cc by-sa dan dapat ditetapkan oleh hukum AS entah bagaimana sebagai bagian dari mandat pendanaan. Ini jelas terlihat di internet. spacetelescope.org/copyright Jika masih ada yang perlu didiskusikan, mungkin ini adalah topik yang bagus untuk pertanyaan meta.

— uhoh

Jika Anda perlu menggambarkan skala teleskop ini dalam istilah referensi manusia, grafik yang berguna dari Wikipedia.

— Uskup

Jawaban:

Lupakan pembesaran. Orang yang tahu teleskop tidak berpikir dalam hal perbesaran. Yang penting adalah resolusi sudut, atau kekuatan penyelesaian: ukuran sudut detail terkecil yang dapat Anda lihat dalam instrumen.

Rule of thumb: kekuatan penyelesaian teleskop dengan diameter 10 cm adalah 1 detik busur saat menggunakan cahaya tampak. Jumlahnya berbanding terbalik. Teleskop 20 cm menyelesaikan detail berukuran 0,5 arcsec. Teleskop 1 meter menyelesaikan 0,1 arcsec.

Hubble memiliki bukaan (diameter) 2,4 m, sehingga daya resolusinya adalah 0,04 arcsec.

Jarak minimum antara Bumi dan Mars adalah sekitar 55 juta km dan itu jarang terjadi. Jarak maksimum adalah 400 mil km. Jarak "rata-rata" adalah 225 mil km (tetapi jarak aktual bervariasi sepanjang waktu).

Mari kita terapkan garis singgung 0,04 arcsec pada 55 mil km:

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

Ini 10 km. Itu hanya akan dapat melihat fitur geografis utama.

Untuk melihat bangunan (hingga skala 10 m), dibutuhkan resolusi 1000x. Itu berarti bukaan 2,4 km. Tak satu pun dari desain teleskop klasik yang bisa menyediakan itu. Itu harus menjadi semacam desain interferometrik - bidang datar besar di mana beberapa cermin ditempatkan beberapa km terpisah dan digabungkan secara optik untuk berfungsi sebagai cermin besar tunggal (well, semacam - ini lebih merupakan penjelasan intuitif).

Ini akan mirip dengan Navy Precision Optical Interferometer dekat Flagstaff, Arizona.

Beberapa bagian Valles Marineris yang lebar dan rata mungkin menyediakan lokasi yang baik untuk interferometer. Acidalia Planitia bahkan akan menyediakan lebih banyak ruang untuk membangun interferometer besar, dan harus menjadi tempat yang baik untuk membangun struktur secara umum - datar hingga di luar cakrawala; itu adalah tempat di mana banyak buku / film The Mars mengatur cerita mereka. Tetapi bidang besar dan datar apa pun akan berhasil.

Semua hal di atas mengasumsikan jarak pendekatan terdekat antara Bumi dan Mars. Dalam praktiknya, jaraknya lebih besar dari itu, jadi aperture harus bertambah. Anda merenungkan sebuah interferometer dengan basis puluhan km jika Anda ingin membedakan struktur seperti bangunan.

Dapat dibayangkan, interferometer dapat dibangun di orbit, tetapi Anda harus memastikan bahwa jarak antara cermin dipertahankan dengan presisi luar biasa. Di permukaan planet, tanah memberikan kekakuan yang dibutuhkan. Di ruang angkasa kamu harus ... Aku tidak tahu, gunakan sihir ruang angkasa.

— Florin Andrei
sumber

Terima kasih, itu jawaban yang sangat terperinci. Plot sama sekali tidak tergantung pada melihat fitur kecil jadi saya akan pergi dengan kemampuan untuk menyelesaikan fitur geografis utama. Saya berusaha keras untuk mendapatkan ilmu pengetahuan dalam novel saya dan sangat menghargai bantuan Anda!

— Eric J.

@EricJ. - baiklah, maka teleskop orbit akan bekerja. Semoga berhasil dengan proyek Anda!

— Florin Andrei

@ PM2Ring. Memang, saya memang merujuk Olympus Mons dalam cerita. Dalam adegan ini, sebuah stasiun orbital (di sekitar Mars) kehilangan kontak dengan bumi pada minggu-minggu setelah invasi alien. Peran teleskop dalam adegan ini adalah untuk menyoroti keputusasaan mereka akan berita dari rumah. Sebenarnya tidak memberi tahu mereka apa-apa, tetapi saya ingin menggambarkan secara akurat apa yang mereka lihat. Ini berfungsi dengan baik untuk tujuan cerita sehingga mereka dapat melihat fitur geografis utama saja. Terima kasih atas pemikirannya!

— Eric J.

@ ChrisStratton Bukan berarti teleskop harus berada di orbit, tetapi manusia menemukan diri mereka di sana. Atmosfer Mars begitu tipis sehingga seharusnya tidak berdampak banyak pada astronomi pengamatan dari apa yang saya ketahui. Saya kira mereka dapat membangun teleskop besar di permukaan (misalnya di Olympus Mons seperti yang disarankan di atas) diberikan waktu yang cukup, tetapi ceritanya akan membawa mereka ke arah yang berbeda.

— Eric J.

Alih-alih mencoba melihat detail gambar seperti bangunan, karakter Anda mungkin akan melihat hal-hal seperti pola pencahayaan sisi malam (normal, tidak ada, suar mendadak dengan spektrum mengkhawatirkan), pola cuaca yang mungkin terganggu, obrolan radio (normal, absen, tidak pernah sebelumnya modulasi terlihat) dan sebagainya. Ini hampir menjadi masalah SETI, tetapi sekarang dengan tiga pilihan - akrab, tidak ada, asing

— Chris Stratton

$10^{-7}$ adalah sekitar 54,6 juta km, sehingga resolusi minimal teoritis adalah antara 5 dan 6 km. Jadi kota-kota besar mungkin terlihat jika mereka memiliki banyak kontras. Karena pada pendekatan terdekat seorang pengamat di Mars menatap lurus ke sisi malam Bumi, sebuah kota yang terang mungkin mudah dikenali, di sisi lain, mereka juga melihat lebih atau kurang lurus ke Matahari, yang mungkin memberikan beberapa masalah. Masih akan ada saat-saat ketika jaraknya hanya 70 atau 80 juta km dan sudut dari Matahari lebih mudah diatur, sehingga resolusi 10 km dalam UV, 20 dalam cahaya tampak dapat dipercaya.

— Steve Linton
sumber

Yang tidak jelas bagi saya adalah apakah jarak minimum Bumi-Mars bertepatan dengan transit Bumi di atas cakram matahari, yang terlihat dari Mars. Karena orbitnya bukan coplanar, kebetulan itu tidak dijamin - setidaknya itu intuisi saya. Saya bisa saja salah.

— Florin Andrei

@Florin Poin bagus. Pendekatan terdekat memang terjadi ketika Mars berada di pihak oposisi, tetapi itu mungkin bukan transit. Aku yakin Meuss bisa memberi tahu kita ...

— PM 2Ring

@FlorinAndrei Pesawat-pesawat orbital dari planet-planet ini agak sedikit condong satu sama lain (beberapa derajat) - mereka cukup jauh dari co-planar. Mengingat ukuran sudut matahari yang kecil (0,5 ° dari POV Bumi) dan jarak yang sangat jauh, transit sebenarnya sangat jarang. Transit bumi, dilihat dari Mars, terjadi hanya beberapa kali per abad!

— Oscar Bravo