Как делают космические снимки космоса
Учёные впервые за всю историю сделали детальный снимок чёрной дыры. Она находится прямо в середине нашей галактики, в самом сердце Млечного пути, но при этом удалена от нас на 26 тысяч световых лет.
Сама по себе чёрная дыра не излучает света, так что увидеть её практически невозможно. Однако центр галактики полон материи, которая действует как своего рода матовое стекло. Именно так учёные и смогли разглядеть эту загадочную бездну. Для изучения чёрной дыры они объединили 8 сверхмощных телескопов, расположенных в разных обсерваториях по всему миру. Однако долгожданный снимок пока не обнародовали, так как обработать нужно огромное количество информации. Чтобы воссоздать реальное изображение, потребуется несколько месяцев.
А исследователи из Нидерландов провели детальные расчёты и выпустили видео, в котором чёрную дыру можно рассмотреть внутри виртуальной реальности. Учёные показали, как бы видел мир человек, падающий в чёрную дыру. На основе научных исследований и расчётов виртуальная модель создаёт одно из самых реалистичных представлений о данном феномене. Но как же быть со всеми этими прекрасными фотографиями чёрных дыр и далёких галактик, гуляющими по интернету? Неужели это просто плод чьей-то фантазии или результат работы с фоторедактором? Отчасти так оно и есть.
Профессиональные телескопы делают снимки в разных спектрах, в том числе и невидимых человеческому глазу – например, рентгеновском. Чтобы чёрно-белый снимок стал цветным, а фотография в инфракрасном цвете – видимой и отображающей реальность, её нужно обработать. Иногда ради одной такой картинки астрофизикам приходится собирать вместе несколько тысяч космических снимков в различном излучении и с разных телескопов. Затем необходимо удалить всё лишнее, провести цветокоррекцию, усилить или уменьшить контрастность. Так что не верьте глазам своим, ведь не всегда конечный результат соответствует космическому оригиналу.
Туманности и галактики для человеческого глаза скучны и серы, поэтому учёные раскрашивают фотографии, сделанные всевидящей техникой. Но эти изменения с научной точки зрения максимально точны и одновременно улучшают фотографию, чтобы мы могли насладиться космической красотой в полной мере.
Источник
Как ученые получают снимки, сделанные космическими аппаратами
Вы когда-нибудь задумывались, как астрономы принимают снимки, отправленные на землю космическими станциями, которые бороздят просторы Вселенной на расстоянии в миллионы или даже миллиарды (Вояджеры) километров от нашего дома? Давайте разберем это на примере аппарата OSIRIS-REx.
В 2016 году к астероиду Bennu был отправлен небольшой аппарат OSIRIS-REx. В 2019 году исследовательская станция должна будет приблизиться к космическому телу и зачерпнуть с его поверхности вещества, которые помогут ученым лучше понять процесс образования нашей Солнечной системы. Суть миссии аппарата OSIRIS-REx проста: прилететь к астероиду, собрать образцы грунта и отправить их обратно на Землю. В своих лабораториях специалисты будут изучать “первозданное” углеродистое вещество, которое могло сохраниться на Bennu со времен рождения Солнечной системы и которое, скорее всего, является “строительным материалом” живой материи. Возможно, образцы с астероида помогут нам стать на шаг ближе к разгадке тайны появления жизни на нашей планете.
По мере приближения к объекту, аппарат будет фотографировать астероид и передавать на Землю снимки, выполненные камерами OCAMS, которые разрабатывались инженерами NASA в стенах Аризонского университета. OCAMS — это блок камер, состоящий из трех приборов: PolyCam (предназначена для съемки с далекого расстояния), MapCam (будет снимать выбранный район сбора проб в высоком разрешении) и SamCam (будет снимать процесс забора проб).
Прежде чем мы увидим на экранах своих компьютеров или телефонов фотографии, присланные OSIRIS-REx, ученым необходимо будет выполнить три важных шага: осуществить сам процесс съемки Bennu, передать информацию с зонда на Землю и принять данные с последующим получением изображений.
Шаг №1 — съемка астероида
Съемка — это работа, требующая синхронных действий между OCAMS и компьютерной системой космического аппарата. Солнечный свет, отражаясь от поверхности астероида, проходит через специальный объектив камер OCAMS, потом через встроенный фильтр, а затем “падает” на электронный чип, называемый прибором с зарядовой связью, или CCD-матрицей.
Поверхность CCD-матрицы OCAMS разделена на 1024 параллельные линии, каждая из которых дополнительно “разбита” на 1024 светочувствительных элемента, таким образом размер матрицы составляет 1024 на 1024, или 1 048 576 пикселей (пиксели формируют объекты, изображенные на снимке). Получается, что OCAMS имеет разрешение чуть больше 1-го мегапикселя (в 1 мегапикселе — 1 000 000 пикселей).
Каждый пиксель может передавать только один цвет, это может быть как сам цвет, так и яркость или вообще прозрачность. Цвет каждого пикселя кодируется электронной камерой в бинарный код, который обозначается цифрами 0 и 1 (составленное двоичное число называют битами), а затем этот код передается на центральный компьютер космического корабля. Компьютер ставит его в очередь, чтобы при первой удобной возможности (во время специального “окна”) передать на Землю.
Шаг №2 — передача изображения на Землю
При помощи технических систем, представляющих собой “канал передачи данных”, на Землю передается битовый поток информации в виде сигнала. Вначале информацию принимает ретранслятор для связи в глубоком космосе Small Deep Space Transponders, установленный на некоторых космических зондах, расположенных вблизи нашей планеты, затем ретранслятор перенаправляет данные на 100-ваттный усилитель Travelling Wave Tube Amplifiers, который используется для усиления радиочастотных (RF) сигналов в микроволновом диапазоне и в несколько раз усиливает мощность сигнала для последующей его передачи одной из трех бортовых антенн.
Скорость передачи данных на Землю зависит от того, какую именно из трех антенн применяют ученые для связи с нашей планетой. Самые высокие скорости получаются, когда специалисты используют для приема и последующей передачи сигнала 2-х метровую высокочастотную антенну High-Gain Antenna (HGA). Также они могут использовать антенну средней мощности Medium Gain Antenna (MGA) и низкочастотную Low Gain Antenna (LGA). Антенна HGA обеспечивает максимальную скорость передачи данных на Землю (914 килобит в секунду), LGA имеет довольно слабую мощность, а скорость передачи оставляет желать лучшего. Из-за этого она в основном используется для приема информации, а не для ее передачи. MGA представляет собой нечто вроде “золотой середины” — она обеспечивает умеренную скорость передачи потока данных.
Шаг №3 — получение данных
Сигнал на Земле принимает одна из антенн NASA Deep Space Network. После чего ученые “собирают” код на компьютерах и получают изображение.
Deep Space Network (DSN) — международная сеть радиотелескопов и средств связи, используемых для радиоастрономического исследования Солнечной системы и Вселенной, для управления межпланетными космическими аппаратами и приема космических сигналов. DSN представляет собой антенную систему дальней космической связи, состоящую из трех комплексов, расположенных в разных точках земного шара, которые удалены друг от друга примерно на 120 градусов долготы:
1) Комплекс дальней космической связи Голдстоун. Находится в пустыне Мохаве в южной Калифорнии, США, в 60 км к северу от Барстоу.
2) Мадридский комплекс глубокой космической связи. Расположен в 60 км к западу от Мадрида в в Робледо-де-Чавела.
3) Комплекс дальней космической связи в Канберре. Его можно найти в 40 километрах к юго-западу от Канберры, в долине реки Меррамбиджи на краю заповедника Тидбинбилла.
Такое стратегическое размещение позволяет постоянно наблюдать за космическими аппаратами по мере вращения Земли (частично перекрывать зоны действия друг друга). В поле зрения основных антенн DSN могут попадать зонды либо спутники-ретрансляторы сигналов, находящиеся на расстоянии до 55 миллионов км от поверхности Земли.
В каждом из трех комплексов имеется по одной антенне с диаметром зеркал 70 метров, по несколько антенн с диаметром зеркал 34 метра, антенны с диаметром зеркал 26 метров, а также по паре ультрачувствительных приемников и мощных передатчиков. Основную нагрузку по управлению космическими аппаратами несут антенны с диаметром зеркал 34 метра, так как они являются более новыми и эффективными.
Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Спутники на «удалёнке». Как появляются космические снимки Земли?
Теперь это частный бизнес, и часть снимков доступна бесплатно. А вот за анализ надо платить.
Агрегация big data по ДДЗ – слова, после которых меньше всего хочется прочесть текст. Но за этим прячется то, с чем отлично знаком каждый пользователь онлайн-карт или тем более тот, кто интересуется экологией. Речь о снимках из космоса.
Сегодня Землю снимают ежесуточно, и в архиве снимков можно найти любую территорию земного шара, многие – по 1000 раз. О дистанционном зондировании на прошлой неделе рассказали во время вебинара , организованного АО «Терра Тех» из холдинга «Российские космические системы».
Как делают снимки Земли?
Дистанционное зондирование планеты – это наблюдение её поверхности наземными, авиационными и космическими средствами с использованием хорошей съёмочной аппаратуры.
Космический мониторинг сейчас одно из наиболее активно развивающихся и инновационных направлений, как считает представитель компании-организатора Владимир Феногенов .
– Данные из космоса активно используются в самых разных отраслях хозяйства и бизнеса, поскольку позволяют получать информацию об обширных территориях, – говорит он.
Эти данные получают от двух основных типов спутников – оптоэлектронных и радиолокационных. Первые из них, грубо говоря, как большой фотоаппарат на орбите планеты, который снимает в видимом глазу диапазоне, а также в инфракрасном спектре. Радиолокационные отличаются: они снимают не отражение солнечного света от поверхности, а отражение сигналов, которые сами посылают на Землю.
Можно ли найти себя на снимке из космоса?
И да, и нет: это зависит от его пространственного разрешения, или размера пикселя. На снимках Google, например, можно различить лишь контур своего дома.
– Если снимок имеет высокое или сверхвысокое пространственное разрешение – лучше метра на пиксель – то мы можем различить, к примеру, разные виды автомобилей. Отличить легковой автомобиль от грузового или фургона, увидеть отдельные деревья и небольшие постройки, разметку на дорогах и фонарные столбы и так далее, – говорит Владимир Феногенов.
Чем выше разрешение, тем больше детализация: на пятиметровом снимке вы себя не найдёте, на 30-сантиметровом – вероятно, да. Последнее и есть лучшее доступное коммерческое разрешение на сегодня.
– И там при определённых условиях видно даже отдельных людей, – говорит Владимир.
Как часто меня снимают, если я сижу во дворе?
Задавшись целью, можно найти снимки за каждые сутки (правда, для этого придётся использовать данные со всех космических коммерческих аппаратов в мире).
Сейчас на орбите несколько сотен космических аппаратов – около 400-500. К 2022 году их количество может дойти до тысячи, к концу десятилетия – до нескольких тысяч, уточняет Владимир Феногенов.
Иными словами, скоро снимков будет больше, их разрешение лучше. Рынок будет насыщаться, что спровоцирует снижение стоимости. Дешевле станет и из-за развития технологий:
– Если раньше аппараты сверхвысокого разрешения весили несколько тонн, то сейчас, спустя 15 лет технологического прогресса, такие же весят всего несколько сотен килограммов, – говорит Владимир.
Источник
Как снимки космоса становятся цветными
Главная задача космического телескопа «Хаббл» — измерять яркость света, который отражается от объектов в космосе. Лучше всего это получается сделать посредством черно-белой съемки. Для добавления цвета на фотографии ученые с помощью фильтров различают короткие, средние и длинные световые волны. Затем три черно-белых изображения «получают» цвет и накладываются друг на друга.
Результат называется «изображением с настоящим цветом» — объект на снимке выглядит так, как если бы человеческий глаз был таким же мощным по восприятию, как телескоп «Хаббл». Подобным образом поступают со снимками простых небесных тел — например, планет.
Гораздо сложнее с галактиками и туманностями. Как объясняет Vox, увидеть космический объект таким, каким бы воспринял его наш глаз, — не единственная задача раскрашивания астрофотографий. С помощью цвета ученые создают карту того, как различные газы взаимодействуют в космосе и формируют галактики и туманности. Например, цветной снимок «Столпы Творения» — это не изображение с «настоящим цветом», а именно цветовая карта взаимодействующих химических элементов.
«Хаббл» может снять только очень узкий диапазон света, отражающегося от химических элементов, и использовать цвет, чтобы отследить их присутствие на снимке. Чаще всего с помощью этих возможностей телескопа различают свет от водорода, серы и кислорода, трех ключевых элементов в составе звезд. Водород и сера находят отражение в красном цвете видимого спектра, а кислород — ближе к синему. Если бы ученые раскрашивали эти газы приближенно к тому, как мы могли бы их увидеть, получилось бы два красных фото и одно сине-зеленое. В таком виде снимок «Столпы Творения» выглядел бы совсем иначе и не был бы таким наглядным.
Цвета на раскрашенных астрофотографиях условны, но необходимы для науки. Для того чтобы получить наиболее полное цветное изображение и визуально отделить серу от водорода, ученые просто назначают красный, синий и зеленый цвета этим элементам по порядку частоты излучения. Так как у кислорода самая высокая частота излучения, он получил синий цвет. Хотя водород скорее красный, ему назначили зеленый цвет, потому что его частота выше, чем у серы. Сере как элементу с наименьшей частотой излучения соответствует красный цвет. В результате такого условного назначения цветов получается полная цветовая карта, более наглядно показывающая процесс формирования галактик.
Кроме того, «Хаббл» способен фиксировать свет за пределами видимого излучения — инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Ему ученые также назначают условные цвета по той же схеме: самым низким световым частотам — красный, средним — зеленый, высоким — синий, хотя зафиксированный на снимке свет и не входит в пределы видимого излучения.
Это наталкивает на вопрос о том, насколько реальны цвета на астрофотографиях. Как объясняет Vox, они одновременно реальны и нереальны. Цвета на раскрашенных снимках демонстрируют химический состав космического объекта или области во Вселенной и тем самым помогают ученым увидеть, как взаимодействуют газы в космосе, а также дают нам информацию о том, как формируются звезды и галактики. Технически цвета — не то, как восприняли бы наши глаза эти небесные объекты, но раскрашивание снимков — не выдумка. Помимо того что цвет создает красивые астрофотографии, он показывает части Вселенной, недоступные для человеческого восприятия.
Источник