Wie gut konnte sich die Raumsonde New Horizons mithilfe von Parallaxe in 3D im Weltraum lokalisieren?

„New Horizons Conducts the First Interstellar Parallax Experiment“ der NASA war eine aufregende Neuigkeit. Der Computer, die Kommunikation und die Kamera des Raumfahrzeugs funktionieren im Kuipergürtel aufgrund des strengen Wärmemanagements (z.

Wie weit müssten wir uns vom Sonnensystem entfernen, um im Weltraum verloren zu gehen? hat mich zu folgender Frage inspiriert:

Es hat bereits die Positionen der beiden Sterne Proxima Cenauri und Wolf 359 relativ zu entfernten Sternen im selben Sichtfeld gemessen, und diese Sterne sind etwa 81 Grad voneinander entfernt. Diese Richtungen sind nahezu orthogonal!

Das ist eine gute Nachricht, denn wenn man ein kleines Programm auf New Horizons hochlädt, um diese Positionen einschließlich der bekannten Positionen und der Eigenbewegung der Sterne zu überprüfen, würde dies für New Horizons ausreichen, um seine eigene Position im 3D-Raum relativ zur lokalen Gruppe von Sternen zu berechnen ein gewisses Maß an Genauigkeit.

Wenn Sterne in der Astrofotografie abgebildet werden, werden der Schwerpunkt und die Form des Flecks im aufgezeichneten CCD-Bild sowohl durch die Punktstreufunktion des Teleskops (Auflösung) als auch durch die Pixelbildung und andere Effekte des CCD-Sensors und der Anzeige bestimmt.

Wenn die Dinge gut sind und Sie eine Reihe von Messungen und Mittelwerten machen, kann ein gutes astrometrisches System den Schwerpunkt der Position eines Sterns auf vielleicht ein Zehntel der Größe des Flecks bestimmen. LORI ist sicherlich ein gutes Weltraumteleskop (20,8 cm, f/12,6 Ritchey-Chrétien mit ~ 1,0 Bogensekunden pro Pixel), aber es befindet sich auf einem Raumschiff im Kuipergürtel, was die Astrometrie schwieriger machen kann .

Frage: Finden wir trotzdem heraus: Wie gut konnte sich die Raumsonde New Horizons mittels Parallaxe im All lokalisieren? Angenommen, es hat dieses hypothetische Programm mit einer astrometrischen Bildanalyse (falls es nicht schon da oben ist!) und Positionen und Eigenbewegungen naher Sterne hochgeladen. Adresse:

  1. Wie gut könnte er dies anhand der bereits erwähnten zwei Sterne tun?
  2. Wie gut könnte es abschneiden, wenn man ihm eine aggressive Beobachtungs- und Analyseaufgabe stellen würde?

Von War eine "Ersatz-LORRI" -Kamera verfügbar, um ein passendes Bild auf der Erde aufzunehmen, als New Horizons das Parallaxenbild vom Kuipergürtel machte?

New Horizons der NASA führt das erste interstellare Parallaxenexperiment durch

Quelle: New Horizons der NASA führt das erste interstellare Parallaxenexperiment durch

Von Long-Range Reconnaissance Imager auf New Horizons eine sehr schöne und ausführliche Zusammenfassung:

Die Beobachtungen von Messier 7 (siehe Abbildung 12) bestätigen auch anhand von Sternbildern, dass die Punktquellenfunktion des LORRI-Systems, einschließlich der Auswirkungen des Richtungsjitters des Raumfahrzeugs , 1,8 Pixel FWHM beträgt. Sterne bis mindestens 12. Größe werden erkannt. Die Plattenskala, basierend auf Vergleichen von Pixelabständen heller Sterne im Feld mit katalogisierten Positionen, beträgt 4,96 μrad/Pixel. Jede geometrische Verzerrung in diesem Bild beträgt weniger als 0,5 Pixel.

Abbildung 12. LORRI-Bild eines offenen Sternhaufens

Abbildung 12. LORRI-Bild des offenen Sternhaufens Messier 7, aufgenommen im Flug. Dieses Bild wurde logarithmisch gestreckt. Norden ist oben, Osten ist links.

Antworten (1)

Der LORRI-Sensor hat eine Auflösung von θ = 5µrad oder 1 Bogensekunde pro Pixel. Wir können einen einfachen geometrischen Ansatz anwenden, um zu sehen, welcher Abstand x einer Veränderung der scheinbaren Position eines nahen Sterns (z. B. d = 8 Lj) um ein Pixel entspricht. Das ist einfach Sünde ⁡ θ ⋅ D = X = 2.5   A U . Das wäre die Positionsgenauigkeit, wenn die Position von mindestens 2 nahegelegenen Sternen auf 1 Pixel bezogen auf andere Sterne gemessen werden könnte. 2 Sterne in verschiedenen Richtungen werden benötigt, um Ihre Position in drei Dimensionen zu erhalten, jede Messung liefert nur zwei.

Die optische Auflösung des Teleskops beträgt weniger als ein Pixel, dh eine punktförmige Quelle wie ein Stern wird nicht auf ein einzelnes Pixel abgebildet, sondern auf eine größere Anzahl. Dies ist entgegen der Intuition ein Vorteil: Die Position einer verschmierten Stelle kann viel genauer bestimmt werden als auf die Größe eines Pixels.

Darüber hinaus können wir verschiedene Dinge tun, um diese Genauigkeit zu verbessern: Mehrere Messungen können gemittelt werden, um zufällige Effekte zu reduzieren. Messungen sollten in verschiedenen Bereichen des Sensors durchgeführt werden, um den Einfluss optischer Verzerrungen zu minimieren. Die Ausrichtung des Raumfahrzeugs sollte zwischen verschiedenen Bildern variiert werden, um die Verschiebung in verschiedene Richtungen auf dem Sensor zu messen. Die Ausrichtungsstabilität des Raumfahrzeugs ist ebenfalls begrenzt (angegeben als Schwankung von bis zu 7 µrad während der Bildbelichtungszeit), sodass das Raumfahrzeug für jedes nachfolgende Bild neu ausgerichtet werden sollte, um deterministische Fehler zu begrenzen.

Bei genügend Zeit und sorgfältiger Analyse würde ich erwarten, dass die resultierende Genauigkeit in der Größenordnung von 1/10 eines Pixels oder liegt 0,25   A U .

Danke! Ja, ein 1/64 Kubik-AU scheint das Volumen zu sein, auf das es sich mehr oder weniger beschränken könnte. Ich habe absichtlich Sterne angegeben, um es einfach zu halten. Wenn ich New Horizons wäre, würde ich mir auch einige Objekte des Sonnensystems ansehen (wenn ich eine Ephemeride dafür hätte), und das könnte wahrscheinlich ziemlich helfen, aber das ist eine ganz andere Dose Würmer. Antwort(en) auf Kann New Horizons verwendet werden, um die Entfernung zu Beteigeuze zu messen (trotz seines unbeständigen Fotozentrums)? Erwähnen Sie, dass die Kamera bei hellen Objekten leicht gesättigt werden kann, ihre schnellste Belichtungszeit ist irgendwie langsam.
Wie gut konnte sich die Raumsonde New Horizons mithilfe von Parallaxe in 3D im Weltraum lokalisieren?
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