La Luna está tan lejos que incluso la ISS de alrededor de 108 metros de longitud abarcaría un poco más de un píxel si Hubble la fotografiara en la Luna con su resolución más alta. De la NASA:
¿Puede el Hubble ver los lugares de aterrizaje del Apolo en la Luna?
No, el Hubble no puede tomar fotos de los lugares de aterrizaje del Apolo.
“Un objeto en la Luna de 4 metros (4.37 yardas) de ancho, visto desde el HST, tendría un tamaño de aproximadamente 0.002 segundos de arco. El instrumento de mayor resolución actualmente en HST es la Cámara avanzada para encuestas a 0.03 segundos de arco. Por lo tanto, todo lo que dejamos en la Luna no se puede resolver en ninguna imagen HST. Simplemente aparecería como un punto “.
HubbleSite – Mesa de consulta – Preguntas frecuentes
Según esas cifras, 60 metros abarcan un píxel a la distancia de la Luna. Pero no puede ver un solo píxel a menos que sea inusualmente oscuro o inusualmente brillante. Podemos ver estrellas distantes a pesar de que solo abarcan un solo píxel, pero eso es porque en realidad son muy brillantes, contra un cielo negro. Es como ver una luz a distancia, demasiado lejos para distinguir cualquier detalle.
Pero la Luna es bastante brillante y el módulo lunar no es tan brillante. No hay forma de que podamos verlo en un tamaño de 0.15% de un píxel.
Phil Plait entra en detalles aquí: engaño lunar: ¿por qué no usar telescopios para mirar los módulos de aterrizaje? – Mala astronomía
Lo resuelve como 0.05 segundos de arco desde los primeros principios. La razón de la diferencia es que está usando luz con una longitud de onda de. Están utilizando las especificaciones de la Cámara avanzada para encuestas, que puede observar en el UV cercano, por lo tanto, a una resolución más alta. Teóricamente, podría bajar a 0.01 segundos de arco en la longitud de onda más corta que puede observar de 115 nanómetros, pero su resolución de píxeles es de alrededor de 0.028 por 0.025 segundos de arco.
Todo esto es matemática simple, así que hagámoslo, te explicaré cómo calculas la resolución de 0.01 segundos de arco a 115 nanómetros, cálculo con sangría para que sea fácil omitirlo.
Obtiene la resolución de R = λ / D (resolución angular) El resultado está en radianes. Hay 2 * π radianes en un círculo completo y 60 * 60 * 360 = 1296000 segundos de arco en un círculo completo, por lo que el número de segundos de arco en un radiante es 1296000 / (2 * π) o 206265.
Tenemos que usar las mismas unidades para el diámetro del espejo que para la longitud de onda de la luz, por supuesto. Entonces, para mantener los números manejables, trabajemos en milímetros, para que la luz UV tenga una longitud de onda de 0.00015 nm.
El telescopio de Hubble tiene 2,4 metros de diámetro o 2,400 mm. Entonces, la resolución en segundos de arco es 206265 * 0.000115 / 2,400, o 0.01 segundos de arco.
También es fácil calcular el diámetro angular de la etapa de descenso desde la distancia hasta la luna.
La distancia a la Luna es de 384.400 km. Obtiene el ángulo en radianes usando 2 * asin ((ancho / 2) / distancia). Entonces el ángulo en radianes es 2 * asin (2 / 384,400,000) o 0.0021 segundos de arco
Señala que hay una forma en que Hubble podría fotografiar un módulo de aterrizaje lunar, y esa es fotografiar su sombra. La sombra, cuando el sol está bajo, tendría muchas veces más de 60 metros de largo. Pero, además del problema de persuadir a cualquiera de que valía la pena fotografiar, como señala, ¿cómo probarías que era el módulo lunar y no solo una gran roca, por la forma de su sombra? Incluso si podemos fotografiar un módulo lunar con la luz y los alrededores a la perfección para que tenga una sombra de kilómetros de largo, todavía tendría menos de un píxel de ancho, por lo que no vería ningún detalle en él.
Si pusieran en órbita alrededor de la Luna el equivalente de uno de nuestros satélites espías o el Hubble o el Orbitador de Reconocimiento de Marte (que tiene un resultado de 30 cms para Marte), lo detectarían fácilmente.
No hemos enviado nada tan grande a la Luna, pero nuestros telescopios en órbita pueden ver el módulo de aterrizaje a muy baja resolución.
Fotografía del lugar de aterrizaje del Apolo 16 por Lunar Reconnaissance Orbiter. Una de varias que mostró que las banderas de la misión Apolo todavía están en pie.
Las pistas son muy obvias y también es obvio por el brillo del módulo lunar que no es un objeto natural.
También puede ver el problema de detectarlo por brillo. Si lo fotografiaste en luna llena, cuando el sol está directamente sobre él sin sombra, ¿podrías detectar un píxel ligeramente más brillante?
Intentemos. Aquí está el punto más brillante de esa imagen como un solo píxel en la escena como se fotografió en la esquina inferior izquierda
Tienes buenos ojos si puedes verlo.
Ahora tenemos que cambiar el tamaño en un 15%. La imagen tiene 260 píxeles de ancho, así que la redimensionaré a 39 píxeles
Ahora hagamos un gran acercamiento para que el píxel descolorido tenga 4 píxeles de ancho, hasta 960 píxeles
¿Puedes verlo? Eso es lo que Hubble vería.
Esta es una ampliación masiva de esa imagen, ampliada tanto que el píxel abarca poco menos de 37 píxeles de una imagen de 254 píxeles de ancho
¿Puedes elegir el píxel brillante del módulo de aterrizaje lunar, justo en el medio de esta imagen? Esto simula la mejor imagen que Hubble podría tomar en condiciones óptimas en luna llena sin sombra alrededor del módulo de aterrizaje, y probablemente sobreestima el brillo del módulo de aterrizaje.
Incluso si tuviéramos la ISS en la Luna, solo abarcaría un poco menos de dos píxeles a una resolución de Hubble de 60 metros a un píxel a esa distancia. La ISS es aproximadamente del tamaño de un campo de fútbol, de unos 108 metros de longitud.
¿Qué tamaño de espejo tendríamos que volar en órbita para tener la oportunidad de verlo con luz visible? Voy a resolver esto sobre la base de que solo necesitamos una etapa de descenso de un píxel. Si es significativamente más brillante, como parece que podría ser de las imágenes de LRO, entonces tal vez sería posible decir que es artificial desde un solo píxel. Si no, no estoy seguro de que dos píxeles ayuden.
De todos modos, puede multiplicar estas cifras por la cantidad de píxeles que considere necesarios para reconocerlo como artificial y no como una roca. Por ejemplo, si cree que una etapa de descenso de cuatro por cuatro píxeles será reconociblemente artificial, multiplique el tamaño del espejo por cuatro. Para una imagen tan buena como la imagen LRO del Apolo 16 anterior, el telescopio tendría que ser 20 veces más grande.
Vamos a resolverlo para la luz azul (a 400 nm) ya que entonces obtenemos un límite inferior, tiene que ser al menos tan grande. Trabaja en milímetros como antes
Entonces queremos 206265 * 0.0004 / D = 0.0021.
O D = 206265 * 0.0004 / 0.0021
= 39288 mm
Por lo tanto, necesitaríamos un telescopio de diámetro de al menos 39,3 metros.
O usando el límite de Dawes, necesitamos 11.6 / D = 0.0021, entonces D = 11.6 / 0.0021 o 5523 cms o 55 metros.
Tendría que ser veinte veces más grande, 768 metros de diámetro si quisiera una imagen como la tomada por LRO arriba del sitio Apollo 16, o 1.1 km de diámetro usando el cálculo del límite de Dawes.
Incluso el James Webb con un diámetro de 6.5 metros no sería lo suficientemente grande.
Este es el tamaño del telescopio que tendríamos que poner en órbita para ver la etapa de descenso como un solo píxel:
¿Ves ese pequeño auto en la parte inferior? El propuesto “Telescopio extremadamente grande – Wikipedia” que está en construcción en el desierto de Atacama.
Si estuviera en órbita, podría detectar el embarcadero a plena luz del sol como un solo píxel brillante, si fuera notablemente más brillante que el paisaje circundante. A nivel del suelo, tal vez, con óptica adaptativa, pero es una lucha.
La astrometría puede lograr mediciones más precisas, Hipparcos logró 0.001 segundos de arco para las estrellas más cercanas, pero eso es para estrellas brillantes y la técnica no funcionaría para fotografiar la Luna. Gaia logrará una precisión aún mayor, pero nuevamente no es bueno para fotografiar la Luna.
La óptica adaptativa puede ayudar a desenfocar la imagen haciendo un seguimiento de cómo se mueve y distorsiona la imagen, y contrarrestando el efecto de eso. Entonces, uno pensó, si tuviéramos láseres muy poderosos, ¿tal vez podríamos usar los retroreflectores lunares que quedan en la Luna para ayudar a estabilizar las imágenes? Pero solo obtienen un fotón en 1017, por lo que la señal es muy débil.
Puede superar el límite de resolución con interferometría óptica. Eso aumenta la resolución al combinar el efecto de varios telescopios más pequeños, pero hace que las cosas que ves sean mucho más débiles porque no captan mucha luz. Este instrumento se usa principalmente para medir anchos de estrellas, pero mide estrellas de ancho tan pequeño como 1.7 miliarc segundos: interferómetro óptico de precisión Navy.
Nada de esto es capaz de vencer al Hubble, porque si lo hiciera, lo usarían, por ejemplo, para fotografiar a Plutón, a Europa u otros objetivos distantes interesantes. Nuestra mejor imagen del sistema de Plutón antes del sobrevuelo de New Horizons fue de Hubble.
Al combinar muchas imágenes del Hubble obtuvieron esto
Sus fotos de las lunas eran así:
Vea por qué la NASA no podía simplemente usar el telescopio espacial Hubble para ver a Plutón
Ahora, si enviamos un equivalente del Orbitador de Reconocimiento de Marte a la Luna, lo detectaríamos fácilmente ya que su cámara HiRISE tiene una resolución de 30 cms, fotografiando a Marte desde lo alto de su atmósfera.
Impresión artística del frenado aerodinámico MRO en órbita alrededor de Marte. Su cámara HiRISE puede generar imágenes de Marte con una resolución de 30 cms.
Eso es desde una altitud de 300 km.
El Orbitador de Reconocimiento Lunar ha fotografiado la Luna desde una altura de 50 km. A esa altura, HiRISE tendría una resolución de 5 cms y podría obtener imágenes de los lugares de aterrizaje lunar con gran detalle.
Pero simplemente no ha habido tanto interés en la Luna en lo que respecta a Marte y el LRO es un satélite más pequeño y mucho menos capaz con una resolución de 50 cms. Entonces tiene solo una décima parte de la resolución de HiRISE.
Si pudiéramos poner el equivalente de Hubble en la misma órbita alrededor de la Luna, a una distancia de 50 km en lugar de alrededor de 380,000 km, entonces tendría una resolución de 60 * 100 * 50 / 380,000 o 0.7 cms,
Hay un renovado interés en la Luna, que está resultando ser mucho más interesante de lo que se pensaba.
Citando de la propaganda de mi “OK to Touch?”
“Es el lugar más fácil de visitar para exploradores espaciales, turistas y para la exploración telerobótica no tripulada desde la Tierra. También hay mucho para interesar a los científicos, que podrían explorarlo directamente desde la Tierra o desde bases en la Luna como las de la Antártida. También es un lugar natural para los telescopios de infrarrojos pasivos en los polos, los telescopios de ondas de radio de onda larga en el lado más alejado de la radio y, finalmente, enormes antenas de radio y telescopios ópticos de espejo líquido que abarcan sus cráteres. También pueden estudiar la geología lunar, buscar hielo y metales preciosos como el platino, explorar las cuevas y buscar meteoritos en el hielo polar en busca de compuestos orgánicos inalterados e incluso preservar la vida de la Tierra primitiva y otras partes de nuestro sistema solar temprano. Resultó ser mucho más interesante de lo que pensábamos hace un par de décadas ”.
“Nuestra luna también es rica en recursos. Los polos lunares en particular pueden ser los lugares más fáciles para establecer una aldea de astronautas en el futuro cercano, como lo sugiere la ESA. Tiene luz solar disponible las 24 horas del día, los 7 días de la semana, casi todo el año, en los “picos de luz casi eterna”, y también cerca de hielo en el cráter permanentemente sombreado. Si compara la Luna punto por punto con Marte, entonces la Luna realmente gana a Marte como un lugar para vivir en casi todos los puntos, probablemente al menos hasta una población de millones, y muy posiblemente más si podemos construir hábitats en las vastas cuevas lunares “.
Entonces, tal vez también tengamos cámaras de alta resolución como HiRISE en órbita alrededor de la Luna en un futuro próximo.
Además, el Premio Lunar X tendrá muchas misiones más pequeñas que irán a la Luna, comerciales. Podemos ver el primero de ellos hacia finales de este año. Hay cinco equipos en la competencia, SpaceIL planea usar el SpaceX Falcon 9, pero ha tenido problemas para adaptar su misión a su destino. Hakuto ha hecho un pacto para aterrizar con Team Indus y ambos utilizarán los cohetes indios: es tecnología probada pero tienen problemas para recaudar fondos. Moon Express se lanzará en Electron de Rocket Lab, y Synergy Moon en Neptuno del Sistema Interorbital. Todos comparten el cono de la nariz con otras cargas útiles en sus cohetes.
¿Alguien ganará el Google Lunar XPRIZE?
Los astrobióticos, los principales favoritos durante mucho tiempo, se retiraron diciendo que no pueden estar listos para lanzarse hasta 2018. Pero están planeando un “servicio FedEx a la Luna”: su módulo de aterrizaje Griffin llevará otras misiones lunares a la superficie lunar. .
En el futuro, podemos ver pequeños rovers que representan los sitios de aterrizaje.
Impresión artística de un rover Google Lunar X-Prize en un lugar de aterrizaje del Apollo. Crédito de imagen: Premio Google Lunar X
(De hecho, obtuve la imagen de: Team Indus se une a los finalistas del Premio Lunar X de Google, se retira Astrobotic)
Ese fue en realidad uno de los desafíos para obtener un premio adicional para el premio Lunar X, de manera bastante controvertida, algunos piensan que el área alrededor de los sitios de aterrizaje históricos debe mantenerse prístina y no se debe permitir que los rovers pasen sobre ellos.
Eso es particularmente debido a la posibilidad de que aterricen por accidente en la parte superior de la bandera o algo así:
“” Me gustaría verlos demostrar su habilidad para hacer un aterrizaje de precisión en otro lugar antes de intentarlo al lado del sitio Apollo 11 “, dice Logsdon. “No tendrías que estar muy lejos para caer sobre la bandera o algo dramático como eso”.
Preservar la tranquilidad
El Proyecto Legado Lunar dice en su Introducción
“Nuestro objetivo es preservar la información arqueológica y el registro histórico del Apolo 11. También esperamos algún día preservar la Base de Tranquilidad para nuestro planeta como Patrimonio de la Humanidad. Necesitamos prepararnos para el futuro porque en 50 años muchos viajeros pueden ir a la luna. Si el sitio no está protegido, ¿qué quedará?
Sin embargo, ninguno de los finalistas planea asumir esta parte del desafío hasta donde yo sé. Así que esto no es un problema por un tiempo.
Tal vez en el futuro, establezcamos Parques Lunar, reconocidos en todo el mundo, y los rovers y los humanos solo podrán acercarse dentro de una distancia establecida del sitio de aterrizaje. Aún así, incluso si son fotografiados desde un kilómetro de distancia, podrían tomar fotografías de alta calidad.
Los lugares de aterrizaje lunar ocupan solo una pequeña parte de la superficie de la luna. A veces se llama nuestro octavo continente, el segundo más grande después de Asia, con 37,9 millones de kilómetros cuadrados, es más grande que África y cinco veces el tamaño de Australia.
Entonces parece razonable protegerlos, para mí.
También son valiosos para los científicos de protección planetaria, como lugares para estudiar los efectos de una breve presencia humana en la Luna varias décadas después, lo cual es importante cuando se planifican otras misiones a la Luna y a otros lugares: ¿qué dejamos a modo de materia orgánica y otros? contaminantes en la Luna (escapes de cohetes, por ejemplo) que podrían confundir los experimentos científicos? ¿Hasta dónde se extienden? También para estudios de panspermia, ¿hay algún microbio aún viable allí? Desde entonces, los experimentos han sugerido que algunos deberían sobrevivir en estado latente, pero este es un experimento no planificado en la supervivencia a largo plazo de microbios en condiciones lunares, en una situación de humanos caminando también en la Luna, y lo que es más.
Son:
“recurso valioso y limitado para realizar estudios sobre los efectos del contacto inicial de la humanidad con la Luna” (cita de la página 774 de este documento).
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