Warum erfordert die Wärmebildgebung der Merkuroberfläche ein Teleskop auf einem Jet, der durch eine Sonnenfinsternis fliegt?

Das NASA News Feature Chasing the Total Solar Eclipse from NASA's WB-57F Jets beschreibt zwei mit einem Teleskop ausgestattete NASA-Jets, die schnell genug fliegen werden, um etwa 7 Minuten im Kernschatten (Totalität) der bevorstehenden Sonnenfinsternis am 21. August 2017 zu verbringen.

Zusätzlich zur Verwendung des Mondes als eine Art natürlichen Koronographen, um nach nie zuvor direkt beobachteten Nanoflares in der Sonnenkorona zu suchen, werden sie versuchen, die Oberfläche des Planeten Merkur im Infraroten abzubilden, um Oberflächentemperaturkarten zu erstellen .

Diese im Infraroten aufgenommenen Bilder werden der erste Versuch sein, die Temperaturschwankungen auf der Oberfläche des Planeten abzubilden.

Merkur rotiert viel langsamer als die Erde – ein Mercurial-Tag sind ungefähr 59 Erdtage –, sodass die Nachtseite auf einige hundert Grad unter Null abkühlt, während die Tagseite bei wohligen 800 F backt. Die Bilder werden zeigen, wie schnell die Oberfläche abkühlt, was Wissenschaftlern ermöglicht zu wissen, woraus der Boden besteht und wie dicht er ist. Diese Ergebnisse werden Wissenschaftlern einen Einblick geben, wie Merkur und andere Gesteinsplaneten entstanden sein könnten.

Warum ist dies eine Art von Beobachtung, die solch eine heroische Anstrengung erfordert – ein Teleskop durch eine totale Sonnenfinsternis zu fliegen und den Mond als Koronograph zu verwenden? Mit dem luftgestützten Infrarotteleskop der NASA, dem Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) , ist dies nicht möglich ? Nichts (zumindest Zivilisten) im Weltraum hatte jemals diese Fähigkeit?

Ich suche nach einer ziemlich technischen Antwort. Wenn dies mit SOFIA möglich wäre, wäre es anscheinend schon vor langer Zeit angegangen worden. Es muss also etwas Spezifisches für die Sonnenfinsternis geben.

Screenshots aus dem NASA Goddard-Video NASA Jets Chase The Total Solar Eclipse :

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@DavidHammen Ich meinte Koronograph! Ich habe Heliostat im Gehirn von dieser Antwort . Ich werde es jetzt reparieren. Vielen Dank!

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Warum nicht ein satellitengestütztes Teleskop, um Merkur im thermischen Infrarot zu beobachten?
Weltraumsatelliten, die auf die Sonne gerichtet sind (z. B. SOHO), sind nicht instrumentiert, um in das thermische Infrarot zu blicken, während satellitengestützte Teleskope, die so instrumentiert sind, dass sie in das thermische Infrarot blicken, im Allgemeinen nicht in die Nähe zeigen zur Sonne.

Ein Problem bei der Abbildung von Merkur aus ungefähr einer AU ist die versehentliche Abbildung der Sonne. Hubble durfte selten auf die Venus zeigen , aber niemals auf Merkur. Ein weiteres Problem ist die Kühlung. Selbst wenn das Teleskop die Sonne nicht direkt abbildet, werden wichtige, nicht abgeschirmte Teile des Satelliten bei der Aufnahme von Merkur unweigerlich der Sonne zugewandt sein. Wärmebildsatelliten müssen kryogen gekühlt werden. Eine weltraumgestützte Wärmebildkamera auf Merkur zu richten, würde die nutzbare Lebensdauer des Fahrzeugs verkürzen.

Keines dieser Probleme (versehentliches Abbilden der Sonne und Erwärmungsprobleme) ist ein Problem im Fall von Satelliten, die zum Merkur geschickt werden. Bisher wurden nur zwei Satelliten zum Merkur geschickt (Mariner 10 und MESSENGER) und einer ist unterwegs (BepiColombo). MESSENGER war nicht instrumentiert, um im thermischen Infrarot zu sehen. Mariner 10 war und BepiColombo ist. Mariner 10 machte 1974 und 1975 drei Vorbeiflüge an Merkur. Dazu gehörten Beobachtungen im thermischen Infrarot, aber die empfangenen Daten waren begrenzt.


*Warum nicht ein bodengestütztes Teleskop, um Merkur im thermischen Infrarot zu beobachten?* Es würde so viel thermisches Infrarot-Luftglühen geben, wenn die Sonne unter dem Horizont steht, um Merkur-Beobachtungen wertlos zu machen. Es wäre zu wahrscheinlich, dass die Sonne versehentlich abgebildet wird, wenn die Sonne hoch am Himmel steht. Kühlung ist natürlich auch ein Thema.

Das Obige trifft nicht zu, wenn der Weg einer Sonnenfinsternis zufällig über ein thermisches Infrarotteleskop verläuft. Genau das geschah im Juli 1991, als das Mauna-Kea-Observatorium ziemlich genau im Zentrum des Pfades der Totalität stand. Das Infrarot-Teleskop auf dem Mauna Kea wurde während dieser Sonnenfinsternis definitiv benutzt, aber nicht, um Merkur zu betrachten. Anscheinend wurde der Merkur-Beobachtung nicht genügend Priorität eingeräumt.


*Warum nicht SOFIA?* Zum einen ist die Konstruktion für diesen Einsatz suboptimal; siehe die andere Antwort. Zum anderen ist es zu wertvoll. Der Vorgänger von SOFIA, das Kuiper Airborne Observatory (KAO), wurde zweimal zur Beobachtung von Merkur im Infraroten eingesetzt. Der Rumpf des Flugzeugs schützte das Teleskop davor, die Sonne zu sehen. Aufgrund der Möglichkeit von Ausrichtungsfehlern, die zu einer Abbildung der Sonne führen könnten, wurden diese Beobachtungen jedoch am Ende der Lebensdauer des KAO gemacht. (SOFIA war kurz davor, das KAO zu ersetzen.) SOFIA ist noch nicht am Ende seines Lebens.
*Warum während einer Sonnenfinsternis?* Sonnenfinsternisse bieten einzigartige Gelegenheiten, die Sonne und anscheinend auch den Merkur zu beobachten. Sonnenfinsternisse werden seit langem von zahlreichen wissenschaftlichen Beobachtungen begleitet, die darauf spezialisiert sind, die Sonnenfinsternis auszunutzen.

Es muss nicht während einer Sonnenfinsternis gemacht werden. Merkur muss ziemlich hoch am Himmel stehen, um ihn im thermischen Infrarot sehen zu können, selbst in der Höhe, in der die WB-57 der NASA fliegen. Eine totale Sonnenfinsternis ist für dieses Experiment nicht unbedingt erforderlich. Das Personal und das Flugzeug werden verwendet, um die Sonne während der Totalität zu beobachten, und dies steht offensichtlich im Widerspruch zum Merkur-Beobachtungsexperiment. Die Merkurbeobachtungen werden stattdessen 30 Minuten vor und nach der totalen Sonnenfinsternis durchgeführt.

Da es sich um ein einmaliges Experiment und um ein sekundäres Experiment handelt (das primäre Experiment ist die Beobachtung der Sonne), ist die Möglichkeit, die Sonne versehentlich abzubilden, keine vollständige Katastrophe. Die Sonne wird während dieser Zeit immer noch teilweise vom Mond verfinstert. Dadurch wird die Menge des sekundären Lichts (solares thermisches Infrarot, das von der Atmosphäre absorbiert und wieder emittiert wird und schließlich das Instrument erreicht) im Vergleich zu dem reduziert, das von einer nicht verfinsterten Sonne stammt.

Ich kenne den genauen Wellenlängenbereich nicht, der für die Quecksilbermessungen verwendet wird. Der verlinkte (kurze) Artikel in der Frage legt nahe, dass sie versuchen, die Abkühlrate der Oberfläche zu messen, während sie sich langsam am Terminator vorbei dreht, aber das spannt eine ziemliche Bandbreite. Die meisten thermischen IR-Optiken könnten grob als sonnenblind bezeichnet werden . Eine Linse aus Silizium oder Germanium hat eine kurze Wellenlängenbegrenzung von wenigen Mikrometern, aber ein sekundärer Filter könnte diese auf 5 oder 10 drücken. Für die Sonne entspricht dies dem Rayleigh-Jeans-Regime, kombiniert mit einem schnellen Verschluss, Ich verstehe das Risiko nicht wirklich.
Ich werde also mehr über das Kuiper Airborne Observatory lesen, danke dafür! Es macht Sinn, alle großen Teleskope haben Vorgänger. Die Info über die Merkur-Beobachtungen am Lebensende ist sehr interessant! Zeit, die Bibliothek zu treffen. Aber insgesamt ist die Botschaft, die für mich am hilfreichsten ist, dass es möglicherweise nicht unbedingt notwendig ist, dass es eine Sonnenfinsternis gibt, aber aus Gründen der Ressourcen und der Bequemlichkeit scheint es ein Vorteil zu sein, den es zu nutzen gilt. (Entschuldigung für das Brechen der englischen Sprache dort)
@uhoh - Das Problem ist das von der Sonne emittierte UV-, sichtbare und nahe Infrarot. Fokussierung 1370 W/m 2 auf eine viel kleinere Fläche kann ein Loch durch den Filter und das Gehäuse brennen. Sobald das passiert, ist die Elektronik geröstet.
OK, ich schaue mir das Layout von SOFIA an , und mit den dichroitischen Tertiären und dem langen (fast drei Meter) Wurf durch die Nasmyth-Röhre bis zum ersten Fokus gibt es viel Platz für Filter und Blenden, bevor das Licht jemals seinen ersten Fokus erreicht. das kann also komplett vermeidbar sein. Ja, wenn es ein einfaches Cassegrain mit der Fokusebene direkt hinter der Primärseite wäre, wäre es ein ernstes Problem, aber hier ist es etwas anders. Dies plus vorheriges; Ich sage nicht, dass es sicher ist, nur dass es nicht ganz offensichtlich ist, dass es so unsicher ist.

Es könnte von SOFIA gemacht werden, aber es wäre ziemlich begrenzt. Es gibt tatsächlich eine wirklich gute Erklärung dafür, warum SOFIA nicht die beste Wahl ist. Im Grunde kommt es auf den Standort von SOFIAs Teleskop an. Es zeigt nach links.

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Wenn das Observatorium eine Sonnenfinsternis beobachten würde, müsste es senkrecht zur Sonne fliegen, was die Beobachtungszeit auf unter 2 Minuten verkürzen würde.

Außerdem wäre dies eine Aktivität mit sehr hohem Risiko, wenn das Timing auch nur geringfügig abweichen würde, könnte das Teleskop beschädigt werden. Dies gilt für jedes Teleskop, das solche Beobachtungen macht, aber Sofia, die ein Jet voller Größe ist, fehlt die Manövrierfähigkeit, die andere Teleskope haben könnten.

Jeder Satellit, der eine solche Beobachtung durchführt, hätte das gleiche Risiko wie Sofia und hätte sogar noch weniger Zeit, um davon zu profitieren, wodurch die Satellitenfähigkeit eingeschränkt würde.

Es gibt andere Optionen. HIAPER wäre zum Beispiel ein solches Flugzeug. Aber diese Flugzeugtypen sind sehr gefragt, hauptsächlich um die Sonne selbst zu untersuchen. Ich vermute, sie haben einen Weg gefunden, einen Jet für diese spezielle Sonnenfinsternis für sie arbeiten zu lassen, um die gewünschte Merkurforschung durchzuführen. Dies ist in erster Linie ein Radarflugzeug, kann aber bei Bedarf für andere Instrumente konfiguriert werden.

Warum während einer Sonnenfinsternis gibt es ein paar Gründe. Die Hauptsache ist, dass Merkur in seiner maximalen Höhe nur 28 Grad von der Sonne entfernt ist! Aber das gilt für einen auf der Erdoberfläche, es ist etwas verzerrt, wenn Sie höher sind. Und das ist erforderlich, um solche Beobachtungen zu machen. Grundsätzlich muss die Sonne so niedrig stehen, dass überhaupt kein Streulicht von ihr kommt, was aufgrund atmosphärischer Effekte für einige Zeit passieren könnte. Beim Refraktionsstück bin ich mir nicht sicher, aber der Horizontwinkel bei 13 km beträgt etwa 15 Grad. Angesichts der Tatsache, dass die Sonne unter 15 Grad stehen müsste und die SOFIA leicht nach oben zeigt, scheint es, dass, wenn sie dies könnte, eine perfekte Ausrichtung erforderlich wäre, und selbst dann nur knapp.

Nein, ich frage, warum es während einer Sonnenfinsternis gemacht werden muss! SOFIA kann Merkur jederzeit sehen. Es ist eine lange Zeit in der Luft mit einem vollen Beobachtungsplan und das schon seit einer Weile (ich glaube, ein oder zwei Jahre?) HIAPER ist ein Millimeterwellenradar! Das macht überhaupt keinen Sinn.
Ach, das Stück? Werde es noch etwas ergänzen.
Dort weitere Details hinzugefügt.
Macht für mich noch keinen Sinn. Dies ist thermisches Infrarot, nicht visuell. Raleigh-Streuung ( 1 / λ 4 ) - die Sache, die es schwierig macht, Merkur in sichtbaren Wellenlängen zu sehen, bis es dunkel ist, wäre viel weniger ein Problem, wenn man sich die viel längeren Wellenlängen hier ansieht. Wie ich in der Frage sagte: "Ich suche nach einer ziemlich technischen Antwort." Dies sind nur Vermutungen. Bitte ignorieren Sie die Empfehlungen für alternative Ebenen und halten Sie sich an die Physik der Beobachtung selbst. Ich melde mich in 8 Stunden wieder. Vielen Dank!
Es ist nicht so, dass es schwierig ist, Merkur im Dunkeln zu sehen, es ist so, dass man auf etwas zeigen muss, das empfindlich genug ist, um Merkur darauf zu sehen, ohne dass der Punkt die Sonne anspricht.
Die verlinkte Nachricht besagt, dass sie auch eine halbe Stunde vor und nach der Totalität eine Wärmebildaufnahme versuchen werden. Ich suche hier eine seriöse Quelle. Etwas, das die Himmelshelligkeit von gestreutem Infrarotlicht von der Sonne von der Himmelshelligkeit aufgrund von Infrarotlicht von eher lokalen oder atmosphärischen Wärmestrahlungsquellen von IR unterscheiden würde. Der Teil der Atmosphäre über 50.000 Fuß könnte um die Mitte der Sonnenfinsternis ziemlich schnell abkühlen.
Es ist nicht ungewöhnlich, dass Infrarotteleskope weit über das direkte Sichtfeld hinaus empfindlich auf Streulicht reagieren. Außerdem möchten Sie nicht, dass eine Turbulenz Sie in die Reichweite drängt. Ich bin ein bisschen überrascht, dass sie eine halbe Stunde vorher Bilder machen können, aber denken Sie daran, dass dies bei Geschwindigkeiten ist, bei denen es 10 Minuten zuvor entspricht.
"Merkur ist in seiner maximalen Höhe nur 28 Grad vom Horizont entfernt" - das wäre der Horizont der Sonne , nicht der Horizont der Erde: Die Umlaufbahn des Merkur befindet sich innerhalb der Erdbahn, und die Sonne geht jeden Tag über sie hinweg, also notwendigerweise folgt, dass Merkur es auch tut.
Das war so beabsichtigt, ich werde es bearbeiten.
Warum erfordert die Wärmebildgebung der Merkuroberfläche ein Teleskop auf einem Jet, der durch eine Sonnenfinsternis fliegt?
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