Ist eine Delay-Doppler-Radar-Bildgebung von NEO-Asteroiden nur möglich, wenn sie sich schnell genug drehen?

Emily Lakdawallas Blog auf der Seite der Planetary Society erklärt einige der Grundprinzipien der Delay-Doppler-Radarbildgebung von Asteroiden und anderen astronomischen Körpern im weiteren Sinne.

Radar von einer einzelnen Schüssel hat (normalerweise!!) nicht annähernd genug Auflösung, um einen Asteroiden abzubilden. Das Wunder der Mathematik erlaubt es jedoch trotzdem, ein Bild des Objekts zu rekonstruieren. Ein kompliziert modulierter (codierter) langer Radarimpuls wird in Richtung des Asteroiden gesendet, und jeder Punkt darauf reflektiert einen Teil des Impulses zurück zur Erde. Jede Reflexion wird jedoch auf einzigartige Weise leicht modifiziert.

Die Teile des Asteroiden, die weiter entfernte Reflexionen sind, die durch die zusätzliche zurückgelegte Entfernung verzögert werden, und jede Reflexion wird durch die Sichtlinienprojektion der Rotationsgeschwindigkeit dieses Punktes um den Massenmittelpunkt des Asteroiden dopplerverschoben. Die Dopplerverschiebung erfolgt sowohl in der Frequenz als auch in der Phase und komprimiert/dehnt daher die Reflexion auch zeitlich.

Indem man das ursprüngliche Codierungsmuster mit dem empfangenen Signal korreliert, kann man Informationen über die 3D-Struktur des Asteroiden aufbauen und eine Art Bild erzeugen. Da Sie sowohl absolute Zeitverzögerungsunterschiede als auch Rotation haben, haben Sie jetzt eine ziemlich genaue physikalische Messung der absoluten Größe (und natürlich der Form) des Asteroiden sowie seiner genauen Entfernung.

Aber was wäre, wenn es sich nicht drehen würde?

Dies führt mich zu der möglicherweise unausweichlichen Schlussfolgerung, dass ein Asteroid, der sich nicht drehte, oder noch schlimmer, sich sehr, sehr langsam drehte, so dass es unmöglich wäre, ein Bild oder eine transversale Größe zu erzeugen Radar mit Delay-Doppler-Technik . Sie könnten immer noch eine Art Größeninformationen entlang der Sichtlinie und natürlich eine genaue Entfernung erhalten, aber die Querform und -größe wären nicht bildfähig.

Es könnte 100 x 100 m oder 10 x 10 km (extremes Beispiel) in der Querebene sein, und abgesehen von Annahmen zur Radaralbedo würden Sie nie wissen, welche.

Liege ich falsch? Gibt es etwas, das ich verpasst habe?

Hinweis: Um sich beim Aufbau der Frage nicht zu sehr in Mathematik zu verzetteln, habe ich die Komplikationen der 3D-Rotation (Taumeln) vermieden oder dass die Rotation entlang der Sichtlinienrichtung fast so schlimm ist wie keine Rotation überhaupt, oder die potenzielle Verwendung von Polarisierung oder fortgeschrittener Modellierung. Das bedeutet jedoch nicht, dass diese auch von den Antworten ausgeschlossen werden müssen!

Der Asteroid 2014 JO25 fliegt jetzt relativ nahe an der Erde vorbei und die Radarbilder werden bereits veröffentlicht! Siehe zum Beispiel NPRs An Asteroid Is Swinging By Earth Today For Its Closest Visit In 400 Years und das dort verlinkte Bild und Video.

unten: Zugeschnittenes Bild aus dem Artikel von NPR mit der Bildunterschrift:

Dieses Komposit aus 30 Bildern des Asteroiden 2014 JO25 wurde mit Radardaten erstellt, die mit dem Goldstone Solar System Radar der NASA in der kalifornischen Mojave-Wüste gesammelt wurden. NASA/JPL-Caltech/GSSR

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Nun, wenn Sie davon ausgehen, dass das Gesicht, das es Ihnen zeigt, stationär ist, dann sehe ich keinen Grund, warum Sie keine topografische Karte dieses Gesichts erhalten könnten, vorausgesetzt, Sie hätten eine ausreichend hohe Auflösung.
@Phiteros Nein! Nicht mit Delay-Doppler. Nicht auf einem 1 km großen Asteroiden in 1.000.000 km Entfernung. Wenn Sie eine Methode haben - schlagen Sie sie vor und vergessen Sie nicht die Mathematik! Lesen Sie zuerst die Erklärung von Lackdawalla durch. Dies ist keine herkömmliche Bildgebung.
Ich verstehe das Konzept von DDM. Aber wenn Sie eine ausreichend hohe Auflösung haben, könnten Sie einfach ein Signal von einem kleinen Teil des Asteroiden abprallen lassen und die Entfernung zu diesem kleinen Bereich berechnen. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie eine Karte der gesamten Oberfläche erstellt haben. Im Wesentlichen würden Sie Radar-Entfernungsmessungen auf jedem kleinen Teil der Oberfläche durchführen. Natürlich müssen Sie extrem präzise sein und eine spektakuläre Auflösung haben.
@Phiteros aber das hast du nicht. Wenn Sie eine 100-m-Schüssel und eine 1-cm-Wellenlänge hätten, hätten Sie eine Auflösung von 10 − 4 . Bei einer Entfernung von 1.000.000 km wäre jedes Pixel 100 km lang. In diesem Bild ist jeder Pixel nur wenige Meter groß!
Sie haben in Ihrer Frage keine Angaben zu unserer Instrumentierung oder der Entfernung zu diesem Objekt gemacht ;) Und wenn Sie ein Instrument wie das VLBA verwenden, können Sie eine Winkelauflösung von 0,17 Millibogensekunden erhalten. Das reicht eigentlich aus, um deinen Asteroiden aufzulösen. Wenn Sie jetzt so etwas wie RadioAstron hineinwerfen, erhalten Sie eine noch höhere Winkelauflösung.
OK habe es. Ich werde dem Titel "Verzögerungs-Dopper" hinzufügen, da mich das wirklich interessiert, aber Sie könnten in Betracht ziehen, eine ergänzende Antwort hinzuzufügen, falls die Einschränkung "Verzögerungs-Doppler" gelockert wurde. Es ist ein guter Punkt!
Mit einer Atomuhr als Zeitbasis konnten Verzögerung und Dopplerverschiebung mit unglaublicher Präzision gemessen werden. Eine vergleichbare Richtungsauflösung würde eine gigantische Antennenschüssel erfordern.
@Uwe Es scheint also, dass in Ermangelung einer ausreichenden Rotation und ohne Annahme einer Radar-Albedo die einzige Alternative die direkte iterferrometrische Bildgebung ist? (außer Langzeit-Orbitalstudien oder natürlich das Versenden einer Sonde)
@Phiteros Ich habe gerade bemerkt, dass ich die Bearbeitung nicht wirklich vorgenommen hatte. Jetzt ist Delay-Doppler explizit, aber Ihre Einschränkung ist wichtig für eine gute Antwort oder eine separate Antwort. Wenn sich die Antwort auf die Frage herausstellt, ist die Verzögerungs-Doppler-Radarbildgebung von NEO-Asteroiden nur möglich, wenn sie sich schnell genug drehen? "ja" ist, dann sieht es so aus, als wäre genug Material für eine nette Antwort hier auf alle Kommentare verteilt. ABER wenn die Antwort "nein" lautet, dann wird es eine wirklich interessante Antwort sein. Ich kann mir natürlich nicht vorstellen, wie es sein könnte. (Ich denke, genau deshalb habe ich überhaupt gefragt!)
Ich bin gerade auf diese Frage gestoßen und habe festgestellt, dass seit einem Jahr keine Aktivität mehr stattgefunden hat. Ich frage mich, ob Sie daran interessiert wären, Ihren Kommentar zu einer Antwort zu erweitern.

Antworten (1)

Anmerkung: Nach zwei Jahren ohne Antwort habe ich beschlossen, dies selbst zu beantworten. Bitte zögern Sie nicht zu antworten, wenn Sie etwas weiter beitragen möchten!

Ist eine Delay-Doppler-Radar-Bildgebung von NEO-Asteroiden nur möglich, wenn sie sich schnell genug drehen?

Das ist richtig. Diese spezielle Technik hat eine sehr geringe oder keine intrinsische räumliche Auflösung in Querrichtung † . Die „Verzögerungs“-Achse gibt Ihnen die Reflexionsamplitude als Funktion der Entfernung, aber das ist nur eine Dimension.

Sie benötigen den Dopplerteil, um beliebige Strukturmodelle in Querrichtung aufbauen zu können. Wenn es wenig oder keine Drehung gibt, gibt es keine Möglichkeit, eine 3D-Rekonstruktion des Objekts aufzubauen.

† Sehr oft reicht die Auflösung aus, um die Intensität des Radarstrahls mehr auf die „Nord“- oder „Süd“-Hemisphäre zu lenken, und dies ist notwendig, um die beiden zu unterscheiden. Andernfalls gibt es keine Möglichkeit, das zurückgesendete Signal von jeder Hemisphäre zu trennen. Dies wird ausführlicher in den Antworten auf Warum weisen Radarkarten der Venusoberfläche fehlende Scheiben auf? .

Ist eine Delay-Doppler-Radar-Bildgebung von NEO-Asteroiden nur möglich, wenn sie sich schnell genug drehen?
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