Quali dettagli può vedere Hubble su Marte?

Sto cercando una scena per un romanzo di fantascienza in cui i protagonisti del prossimo futuro osservano la terra attraverso un telescopio montato su una stazione nell'orbita di Marte. Il mio obiettivo è capire quanti dettagli potrebbero ragionevolmente discernere.

Il telescopio Hubble è probabilmente un confronto ragionevole per i miei scopi. Ho trovato le immagini che Hubble ha scattato su Marte durante un approccio ravvicinato, ma non so se rappresentino la migliore risoluzione possibile o semplicemente la risoluzione che era stata selezionata o disponibile al momento, o davvero, se l'intero pianeta fosse ripreso da un livello più alto risoluzione rispetto alla foto pubblicata nei principali media.

Un telescopio simile a Hubble può osservare dettagli significativamente maggiori di quelli mostrati nell'articolo qui sotto? In tal caso, cosa potrebbe ragionevolmente essere risolto? Grandi città? Singoli edifici?

Da Hox di Vox.com, le galassie sono incredibilmente lontane. Ecco cosa succede quando guarda Marte e Saturno.

sopra: potato da Fonte NASA, ESA, e STScI

sopra: ritagliato dalla fonte NASA / Hubble

— Eric J.
fonte

Innanzitutto, devi capire che l'ingrandimento non è ciò di cui vuoi chiedere, ma la risoluzione angolare.

— AtmospherPrisonEscape

Ho inserito le immagini nella domanda perché col passare del tempo i collegamenti si interrompono (i siti Web popolari spostano o archiviano vecchi articoli) e quindi la domanda non è più valida. In questo modo i futuri lettori saranno ancora in grado di vedere di quali immagini si parla. Inoltre, sono davvero belli!

— uhoh

La risoluzione delle immagini pubbliche mi sembra giusta. Sono sicuro che ulteriori dettagli potrebbero essere estratti tramite elaborazioni pesanti, ma ciò tende anche a creare artefatti.

— Florin Andrei,

@Tim In generale, le immagini della NASA sono disponibili gratuitamente per uso pubblico, ma non conosco la licenza esatta. La stessa politica è probabilmente molto più antica di cc by-sa e potrebbe essere stabilita dalla legge americana in qualche modo come parte del mandato di finanziamento. Questo è certamente in grado di cercare su Internet. spacetelescope.org/copyright Se c'è altro da discutere, forse è un buon argomento per una meta domanda.

— uhoh

Nel caso in cui sia necessario descrivere la scala di questi telescopi in termini umani di riferimento, un utile grafico di Wikipedia.

— vescovo,

Risposte:

Dimentica l'ingrandimento. Le persone che conoscono i telescopi non pensano in termini di ingrandimento. Ciò che conta è la risoluzione angolare o il potere risolutivo: la dimensione angolare dei più piccoli dettagli che si potrebbero vedere in uno strumento.

Regola empirica: il potere risolutivo di un telescopio con un diametro di 10 cm è di 1 secondo d'arco quando si usa la luce visibile. I numeri sono inversamente proporzionali. Un telescopio da 20 cm risolve i dettagli di dimensioni 0,5 secondi. Un telescopio da 1 metro risolve 0,1 arcsec.

Hubble ha un'apertura (diametro) di 2,4 m, quindi il suo potere di risoluzione è 0,04 arcsec.

La distanza minima tra Terra e Marte è di circa 55 milioni di km e succede solo molto raramente. La distanza massima è di 400 mil km. La distanza "media" è di 225 milioni di km (ma la distanza effettiva varia continuamente).

Applichiamo la tangente di 0,04 arcsec a 55 mil km:

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

Sono 10 km. Sarebbe solo in grado di vedere le principali caratteristiche geografiche.

Per vedere gli edifici (fino alla scala di 10 m), sarebbe necessario un aumento di 1000x della risoluzione. Ciò significa un'apertura di 2,4 km. Nessuno dei classici progetti di telescopi può fornire ciò. Dovrebbe essere una sorta di design interferometrico - un grande campo piatto in cui diversi specchi sono posizionati a diversi km di distanza e sono accoppiati otticamente per funzionare come un unico enorme specchio (beh, una specie di - questa è più una spiegazione intuitiva).

Sarebbe simile all'interferometro di precisione della marina vicino a Flagstaff, in Arizona.

Alcune delle parti larghe e piatte di Valles Marineris potrebbero fornire una buona posizione per l'interferometro. Acidalia Planitia fornirebbe ancora più spazio per la costruzione di enormi interferometri e dovrebbe essere un buon posto per costruire strutture in generale - piatte oltre l'orizzonte; è il luogo in cui gran parte del libro / film The Martian racconta la sua storia. Ma qualsiasi grande campo ragionevolmente piatto funzionerebbe.

Tutto quanto sopra presuppone la distanza dell'approccio più vicino tra Terra e Marte. In pratica, la distanza è maggiore, quindi l'apertura deve aumentare. Stai contemplando un interferometro con una base di dozzine di km se vuoi distinguere strutture come edifici.

Concepibilmente, l'interferometro potrebbe essere incorporato in orbita, ma è necessario assicurarsi che la distanza tra gli specchi sia mantenuta con straordinaria precisione. Sulla superficie planetaria, il terreno fornisce la rigidità richiesta. Nello spazio dovresti ... Non lo so, usa la magia spaziale.

— Florin Andrei
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Grazie, questa è una risposta meravigliosamente dettagliata. La trama non dipende in alcun modo dalla visualizzazione di piccole funzionalità, quindi vado con la possibilità di risolvere le principali caratteristiche geografiche. Mi sforzo di ottenere la scienza giusta nei miei romanzi e apprezzo molto il tuo aiuto!

— Eric J.

@EricJ. - va bene, allora il telescopio orbitale funzionerebbe. Buona fortuna con il vostro progetto!

— Florin Andrei,

@ PM2Ring. In effetti, faccio riferimento a Olympus Mons nella storia. In questa scena, una stazione orbitale (attorno a Marte) ha perso il contatto con la terra nelle settimane successive a un'invasione aliena. Il ruolo del telescopio in questa scena è quello di evidenziare la loro disperazione per le notizie da casa. In realtà non dice loro nulla, ma voglio descrivere accuratamente ciò che vedono. Funziona bene ai fini della storia che possono vedere solo le principali caratteristiche geografiche. Grazie del pensiero!

— Eric J.

@ChrisStratton Non è che il telescopio deve essere in orbita, ma che gli umani si trovano lì. L'atmosfera marziana è così sottile che non dovrebbe avere un grande impatto sull'astronomia osservativa da quello che so. Suppongo che potrebbero costruire un grande telescopio in superficie (ad es. Su Olympus Mons come suggerito sopra) con un tempo sufficiente, ma la storia li porterà in una direzione diversa.

— Eric J.

Piuttosto che provare a guardare i dettagli dell'immagine come edifici, i tuoi personaggi probabilmente guarderebbero cose come schemi di illuminazione sul lato notturno (normali, assenti, bagliori improvvisi con spettri preoccupanti), modelli di tempo potenzialmente interrotti, chiacchiere radiofoniche (normale, assente, mai prima d'ora modulazioni viste) e così via. È quasi il problema SETI, ma ora con tre scelte - familiare, nulla, non familiare

— Chris Stratton,

$10^{-7}$ è di circa 54,6 milioni di km, quindi la risoluzione minima teorica è compresa tra 5 e 6 km. Quindi le grandi città potrebbero essere visibili se hanno un sacco di contrasto. Poiché all'approccio più vicino un osservatore su Marte guarda direttamente il lato notturno della Terra, una città ben illuminata potrebbe essere facile da individuare, d'altra parte, stanno anche guardando più o meno direttamente il Sole, il che potrebbe dare i problemi. Tuttavia ci saranno momenti in cui la distanza è di soli 70 o 80 milioni di km e l'angolo dal Sole è più gestibile, quindi una risoluzione di 10 km nell'UV, 20 nella luce visibile è credibile.

— Steve Linton
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Ciò che non mi è chiaro è se la distanza minima Terra-Marte coincida con il transito della Terra sul disco solare, visto da Marte. Poiché le orbite non sono esattamente complanari, la coincidenza non è garantita - almeno questa è la mia intuizione. Potrei sbagliarmi.

— Florin Andrei,

@Florin Ottimo punto. L'approccio più vicino si verifica quando Marte è in opposizione, ma potrebbe non essere un transito. Scommetto che Meuss potrebbe dircelo ...

— PM 2Ring

@FlorinAndrei I piani orbitali dei pianeti sono un po 'inclini l'uno rispetto all'altro (diversi gradi) - sono piuttosto lontani dall'essere complanari. Date le minuscole dimensioni angolari del sole (0,5 ° dalla Terra POV) e le vaste distanze coinvolte, i transiti sono in realtà piuttosto rari. I transiti terrestri, visti da Marte, avvengono solo poche volte al secolo!

— Oscar Bravo