Welche Details kann Hubble auf dem Mars sehen?

Vergiss die Vergrößerung. Leute, die Teleskope kennen, denken nicht in Begriffen der Vergrößerung. Was zählt, ist die Winkelauflösung oder das Auflösungsvermögen: die Winkelgröße der kleinsten Details, die Sie in einem Instrument sehen können.

Faustregel: Das Auflösungsvermögen eines Teleskops mit 10 cm Durchmesser beträgt bei sichtbarem Licht 1 Bogensekunde. 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 Apertur (Durchmesser) von 2,4 m, sein Auflösungsvermögen beträgt also 0,04 Bogensekunden.

Die Mindestentfernung zwischen Erde und Mars beträgt etwa 55 Millionen km und kommt nur sehr selten vor. Die maximale Entfernung beträgt 400 Mio. km. Die "durchschnittliche" Entfernung beträgt 225 Mio. km (aber die tatsächliche Entfernung variiert 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 wäre nur in der Lage, die wichtigsten geografischen Merkmale zu sehen.

Um Gebäude (bis zu einem Maßstab von 10 m) zu sehen, wäre eine 1000-fache Erhöhung der Auflösung erforderlich. Das bedeutet eine Öffnung von 2,4 km. Keines der klassischen Teleskopdesigns kann das leisten. Es müsste eine Art interferometrisches Design sein - ein großes, flaches Feld, in dem mehrere Spiegel mehrere Kilometer voneinander entfernt angeordnet und optisch gekoppelt sind, um als ein einziger riesiger Spiegel zu fungieren (naja, irgendwie - das ist eher eine intuitive Erklärung).

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

Einige der breiten, flachen Teile von Valles Marineris könnten einen guten Standort für das Interferometer bieten. 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 hinter den Horizont; Es ist der Ort, an dem ein Großteil des Buches / Films The Martian ihre Geschichte spielt. Aber jedes große, einigermaßen flache Feld würde funktionieren.

Alle obigen Angaben gehen von der Entfernung der engsten Annäherung zwischen Erde und Mars aus. In der Praxis ist der Abstand größer, also muss die Blende größer werden. Sie erwägen ein Interferometer mit einer Basis von Dutzenden von Kilometern, wenn Sie Strukturen wie Gebäude unterscheiden möchten.

Denkbar wäre, das Interferometer im Orbit zu bauen, aber Sie müssen dafür sorgen, dass der Abstand zwischen den Spiegeln mit außerordentlicher Präzision eingehalten wird. Auf der Planetenoberfläche sorgt der Boden für die erforderliche Steifigkeit. Im Weltraum müssten Sie … ich weiß nicht, Weltraummagie anwenden.

Das Hubble-Weltraumteleskop hat einen 2,4-m-Spiegel und ist ziemlich beugungsbegrenzt, so dass es bei nahen UV-Wellenlängen von sagen wir 240 nm eine Winkelauflösung von etwa hat$10^{-7}$Radiant. Der nächste Abstand des Mars zur Erde beträgt etwa 54,6 Millionen km, die theoretische Mindestauflösung liegt also zwischen 5 und 6 km. Große Städte können also sichtbar sein, wenn sie viel Kontrast haben. Da ein Beobachter auf dem Mars bei größter Annäherung direkt auf die Nachtseite der Erde blickt, könnte eine gut beleuchtete Stadt leicht zu erkennen sein, andererseits blicken sie auch mehr oder weniger direkt auf die Sonne, was einige geben könnte 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 und 20 im sichtbaren Licht glaubwürdig ist.