Welche Details kann Hubble auf dem Mars sehen?

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Ich recherchiere nach einer Szene für einen Science-Fiction-Roman, in dem die Protagonisten der nahen Zukunft die Erde durch ein auf einer Station montiertes Teleskop im Marsorbit beobachten. Mein Ziel ist es zu verstehen, wie viele Details sie vernünftigerweise erkennen können.

Das Hubble-Teleskop ist wahrscheinlich ein sinnvoller Vergleich für meine Zwecke. Ich habe Bilder gefunden, die Hubble aus nächster Nähe vom Mars aufgenommen hat, aber ich weiß nicht, ob diese die bestmögliche oder einfach nur die zu diesem Zeitpunkt ausgewählte oder verfügbare Auflösung darstellen oder ob der gesamte Planet in einer höheren Auflösung abgebildet wurde Auflösung als das Foto in beliebten Medien veröffentlicht.

Kann ein Hubble-ähnliches Teleskop wesentlich mehr Details beobachten als im folgenden Artikel dargestellt? Wenn ja, was könnte vernünftigerweise gelöst werden? Große Städte? Einzelne Gebäude?

Von Vox.com aus kann Hubble Galaxien sehen, die unglaublich weit entfernt sind. Folgendes passiert, wenn es um Mars und Saturn geht.

Mars, ASA, ESA und STScI

oben: Von Source NASA, ESA und STScI abgeschnitten

Mars, NASA / Hubble

oben: Von Source NASA / Hubble abgeschnitten

Eric J.
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Zunächst müssen Sie verstehen, dass die Vergrößerung nicht das ist, wonach Sie fragen möchten, sondern die Winkelauflösung.
AtmosphericPrisonEscape
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Ich habe die Bilder in die Frage gebracht, weil im Laufe der Zeit Links brechen (beliebte Websites verschieben oder archivieren alte Artikel) und die Frage dann ungültig wird. So können zukünftige Leser immer noch sehen, über welche Bilder gesprochen wird. Außerdem sind sie wirklich wunderschön!
uhoh
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Die Auflösung der öffentlichen Bilder scheint mir in etwa richtig. Ich bin mir sicher, dass mehr Details durch intensive Verarbeitung extrahiert werden könnten, aber das führt auch dazu, dass Artefakte entstehen.
Florin Andrei
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@Tim Im Allgemeinen sind Bilder von der NASA für den öffentlichen Gebrauch frei verfügbar, aber ich kenne die genaue Lizenz nicht. Die Police selbst ist wahrscheinlich viel älter als cc by-sa und kann im Rahmen des Finanzierungsmandats durch US-amerikanisches Recht festgelegt werden. Dies kann im Internet nachgeschlagen werden. spacetelescope.org/copyright Wenn es mehr zu diskutieren gibt, ist es vielleicht ein gutes Thema für eine Meta-Frage.
uhoh
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Für den Fall, dass Sie den Maßstab dieses Teleskops in Bezug auf den Menschen beschreiben müssen, eine handliche Grafik von Wikipedia.
Bischof

Antworten:

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Vergiss die Vergrößerung. Wer Teleskope kennt, denkt nicht in Vergrößerung. Entscheidend ist die Winkelauflösung oder das Auflösungsvermögen: die Winkelgröße der kleinsten Details, die Sie in einem Instrument sehen können.

Faustregel: Das Auflösungsvermögen eines Teleskops mit einem Durchmesser von 10 cm beträgt 1 Bogensekunde bei Verwendung von sichtbarem Licht. Die Zahlen sind umgekehrt proportional. Ein 20-cm-Teleskop löst Details mit einer Größe von 0,5 Bogensekunden auf. Ein 1-Meter-Teleskop löst 0,1 Bogensekunden auf.

Hubble hat eine Öffnung (Durchmesser) von 2,4 m, das Auflösungsvermögen beträgt also 0,04 Bogensekunden.

Der Mindestabstand zwischen Erde und Mars beträgt ca. 55 Millionen km und kommt nur sehr selten vor. Die maximale Entfernung beträgt 400 mil km. Die "durchschnittliche" Entfernung beträgt 225 mil km (die tatsächliche Entfernung ändert sich jedoch ständig).

Wenden wir den Tangens von 0,04 Bogensekunden bei 55 mil km an:

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

Es sind 10 km. Es werden nur die wichtigsten geografischen Merkmale angezeigt.

Um Gebäude (bis zu einer Größe von 10 m) zu sehen, müsste die Auflösung um das 1000-fache erhöht werden. Das bedeutet eine Apertur von 2,4 km. Kein klassisches Teleskopdesign kann dies bieten. Es müsste sich um eine Art interferometrisches Design handeln - ein großes, flaches Feld, in dem mehrere Spiegel in einem Abstand von mehreren Kilometern angeordnet und optisch gekoppelt sind, um als ein einziger großer Spiegel zu fungieren (na ja, das ist eher eine intuitive Erklärung).

Es ähnelt dem Navy Precision Optical Interferometer in der Nähe von Flagstaff, Arizona.

NPOI

Einige der breiten, flachen Teile von Valles Marineris bieten möglicherweise eine gute Position für das Interferometer. Acidalia Planitia würde noch mehr Platz für den Bau riesiger Interferometer bieten und sollte ein guter Ort sein, um Strukturen im Allgemeinen zu bauen - flach bis über den Horizont hinaus; Es ist der Ort, an dem ein Großteil des Buches / Films The Martian ihre Geschichte geschrieben hat. Aber jedes große, einigermaßen flache Feld würde funktionieren.

Für alle oben genannten Punkte wird die Entfernung der nächsten Annäherung zwischen Erde und Mars angenommen. In der Praxis ist der Abstand größer, daher muss die Blende vergrößert werden. Sie erwägen ein Interferometer mit einer Basis von Dutzenden von Kilometern, wenn Sie Strukturen wie Gebäude unterscheiden möchten.

Es ist denkbar, dass das Interferometer in die Umlaufbahn eingebaut wird, aber Sie müssen sicherstellen, dass der Abstand zwischen den Spiegeln mit außerordentlicher Präzision eingehalten wird. Auf der Planetenoberfläche sorgt der Boden für die erforderliche Steifigkeit. Im Weltraum müsste man ... ich weiß nicht, Raummagie verwenden.

Florin Andrei
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Danke, das ist eine wunderbar detaillierte Antwort. Die Darstellung hängt in keiner Weise davon ab, ob kleine Features zu sehen sind. Daher werde ich die Möglichkeit haben, wichtige geografische Features aufzulösen. Ich bemühe mich, die Wissenschaft in meinen Romanen richtig zu machen und bedanke mich sehr für Ihre Hilfe!
Eric J.
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@EricJ. - Okay, dann würde das Orbital-Teleskop funktionieren. Viel Glück bei Ihrem Projekt!
Florin Andrei
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@ PM2Ring. In der Tat beziehe ich mich in der Geschichte auf Olympus Mons. In dieser Szene verlor eine Orbitalstation (um den Mars) in den Wochen nach einer außerirdischen Invasion den Kontakt zur Erde. Die Rolle des Teleskops in dieser Szene ist es, ihre Verzweiflung nach Nachrichten aus der Heimat hervorzuheben. Es sagt ihnen eigentlich nichts, aber ich möchte genau beschreiben, was sie sehen. Für Story-Zwecke funktioniert es problemlos, wenn nur die wichtigsten geografischen Merkmale angezeigt werden. Danke für den Gedanken!
Eric J.
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@ChrisStratton Es ist nicht so, dass das Teleskop in der Umlaufbahn sein muss, sondern dass sich die Menschen dort befinden. Die Marsatmosphäre ist so dünn, dass sie meines Wissens nach keinen großen Einfluss auf die Beobachtungsastronomie haben dürfte. Ich nehme an, sie könnten ein großes Teleskop auf der Oberfläche bauen (z. B. auf Olympus Mons, wie oben vorgeschlagen), wenn sie genug Zeit haben, aber die Geschichte wird sie in eine andere Richtung führen.
Eric J.
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Anstatt zu versuchen, Bilddetails wie Gebäude zu betrachten, würden Ihre Charaktere wahrscheinlich Dinge wie nächtliche Beleuchtungsmuster (normal, abwesend, plötzliches Aufflackern mit besorgniserregenden Spektren), möglicherweise gestörte Wettermuster, Radiogespräche (normal, abwesend, nie zuvor) betrachten gesehene Modulationen) und so weiter. Es ist fast das SETI-Problem, aber jetzt mit drei Möglichkeiten - vertraut, nichts, unbekannt
Chris Stratton
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10-7beträgt ungefähr 54,6 Millionen km, so dass die theoretische Mindestauflösung zwischen 5 und 6 km liegt. So können große Städte sichtbar sein, wenn sie sehr kontrastreich sind. Da ein Beobachter auf dem Mars bei nächtlicher Annäherung direkt auf die Nachtseite der Erde schaut, ist eine gut beleuchtete Stadt möglicherweise leicht zu erkennen. Andererseits blicken sie auch mehr oder weniger direkt auf die Sonne, was zu einigen Ergebnissen führen kann Probleme. Dennoch wird es Zeiten geben, in denen die Entfernung nur 70 oder 80 Millionen km beträgt und der Winkel zur Sonne überschaubarer ist, sodass eine Auflösung von 10 km im UV-Bereich und 20 km im sichtbaren Licht glaubwürdig ist.

Steve Linton
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Was mir nicht klar ist, ist, ob der Mindestabstand zwischen Erde und Mars mit dem vom Mars aus gesehenen Erdtransit über die Sonnenscheibe zusammenfällt. Da die Bahnen nicht exakt koplanar sind, ist der Zufall nicht garantiert - zumindest ist das meine Intuition. Ich könnte falsch liegen.
Florin Andrei
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@ Florin Guter Punkt. Die näheste Annäherung findet statt, wenn der Mars auf Widerstand stößt, dies ist jedoch möglicherweise kein Transit. Ich wette, Meuss könnte uns sagen ...
PM 2Ring
@FlorinAndrei Die Umlaufbahnen der Planeten sind relativ zueinander ziemlich geneigt (mehrere Grad) - sie sind weit davon entfernt, koplanar zu sein. Aufgrund der winzigen Winkelgröße der Sonne (0,5 ° vom POV der Erde) und der damit verbundenen großen Entfernungen sind Transite tatsächlich ziemlich selten. Erdtransite vom Mars aus kommen nur wenige Male pro Jahrhundert vor!
Oscar Bravo