A pesar de tener telescopios como el Hubble que pueden mirar galaxias a miles de millones de años luz de distancia, ¿por qué la mejor imagen de Plutón es una mancha?

La respuesta se puede entender con algunas matemáticas extremadamente simples. El tamaño aparente de un objeto es el resultado de solo dos números, su verdadero tamaño (diámetro) dividido por su distancia: un objeto de 10 pies ubicado a 100 pies de distancia parece tener el mismo tamaño angular que un objeto de 100 pies ubicado a 1,000 pies de distancia. Y cuanto más grande sea un objeto en relación con su distancia, naturalmente, más grande aparecerá: un objeto de 20 pies a 100 pies se verá el doble de grande que un objeto de 10 pies a esa distancia.

Todo muy sencillo, ¿verdad?

Considere una galaxia cercana prominente, la galaxia de Andrómeda. Tiene aproximadamente 150,000 años luz de ancho y 2.2 millones de años luz de distancia. La relación de su tamaño con su distancia es de 1:15, y la galaxia completa de Andrómeda (si pudieras ver hasta sus bordes tenues) se extiende casi 4 grados en el cielo. En realidad, es mucho más grande en el cielo que el sol o la luna. Es tan grande que el telescopio espacial Hubble tuvo que tomar 7.398 imágenes separadas para hacer este retrato de mosaico parcial:

Ahora consideremos a Plutón. Tiene un diámetro de 1,473 millas y actualmente se encuentra a poco más de 3 mil millones de millas de la Tierra. La relación de su tamaño a su distancia es de aproximadamente 1: 2,000,000. Dicho de otra manera, la galaxia de Andrómeda aparece más de 100,000 veces más ancha en el cielo de la Tierra que Plutón. En términos generales, es la diferencia entre mirar un póster en la pared de la sala de estar e intentar mirar una bacteria en la pared al lado.

Por eso Plutón es tan difícil de ver claramente desde la Tierra; Es por eso que tuvimos que enviar la sonda New Horizons allí para verlo como algo más que una mancha. Por cierto, esas impresionantes imágenes de las lunas de Neptuno también provienen de una sonda que las visitó de cerca; Voyager 2 tomó todas esas fotos cuando voló en 1989. Desde la Tierra, las lunas de Neptuno se parecen mucho a Plutón: puntos de luz sin detalles. Aquí hay un ejemplo de las lunas de Neptuno vistas por el telescopio espacial Hubble:

Finalmente, el mismo tipo de geometría explica por qué el Hubble no puede mirar a la luna y mostrar los lugares de aterrizaje del Apolo. El módulo lunar sentado en la luna mide 31 pies de ancho. La luna está a 240,000 millas de distancia en promedio, o alrededor de 1.3 billones de pies. La relación tamaño / distancia es 1: 40,000,000, lo que significa que su tamaño angular es 20 veces menor incluso que el de Plutón. El hardware de Apolo en la luna está muy, mucho más allá del límite de lo que el Hubble puede ver.

Las galaxias son enormes. Plutón es pequeño. Sus respectivas distancias no compensan esa diferencia.

La cámara de campo ancho (WFC) del Hubble tiene una resolución de aproximadamente 0.05 segundos de arco.

Podemos descubrir qué significa eso con un poco de trigonometría.
Tan (theta / 2) = lado opuesto (o) / lado adyacente (a)

Plutón está a unos 4,71 billones de kilómetros de la Tierra, ahora mismo. Eso nos da un valor para (a). Entonces resolviendo para (o) obtenemos 570.8 km. Eso significa que el objeto resoluble más pequeño tiene 1141.7 km de diámetro.

Plutón tiene 2400 km de ancho.

Eso significa que Plutón tendría 2400/1141.7 = 2.1 píxeles de ancho, en otras palabras, una mancha.

Esas impresionantes imágenes de las lunas de Neptuno vinieron de la Voyager 2, mientras volaba por Neptuno. Todavía no hemos visto volar a Plutón (New Horizons lo hará en el verano de 2015).

La razón principal es que PLUTO es un planeta que solo puede reflejar la luz solar, que es débil a esa distancia, incluso HUBBLE apenas puede ver el planeta, mientras que las galaxias, las nebulosas y otros objetos son objetos brillantes, la mayoría de ellos mucho más brillantes que la luz solar. Dom. La resolución de HUBBLE es de 0.05 “: puede detectar objetos tan débiles como la magnitud 30 y puede” ver “en infrarrojo, luz visible y ultravioleta.

Las galaxias y otros objetos vistos por HUBBLE son enormes, a años luz de ancho a pesar de que están a distancias formidables, mientras que PLUTO es pequeño.

Plutón tiene solo 2,370 kilómetros de ancho a una distancia de entre 4.40 y 7.30 mil millones de kilómetros. La magnitud visual aparente de Plutón promedia 15.10 y se ilumina a 13.65 en el perihelio. Para detectarlo en el cielo, se necesita un telescopio con un mínimo de 300 mm y buenas condiciones de observación. Sin embargo, su disco no se puede resolver; todavía se ve como una estrella y sin un disco visible incluso en telescopios más grandes, porque su diámetro angular varía entre 0.11 “y 0.0065” cuando está más cerca y más alejado del Sol. Compare esto con Júpiter que tiene 50 “y Marte con 25” y Neptuno con 2.40 “,

Lo siento, pero las imágenes de HUBBLE de las lunas de Neptuno están lejos de ser “impresionantes”, ¡también son manchas!

Prueba: imágenes HST de la superficie de Titán

Como fotógrafo y astrónomo aficionado, esta es una gran pregunta para mí porque en una escala mucho más pequeña es exactamente lo mismo que tomar imágenes de la Luna con equipos que puede comprar en Best Buy.

Podrías tomar una foto clara de Plutón si la lente y el sensor de tu cámara fueran del tamaño de la Estrella de la Muerte. Incluso entonces, eso puede ser demasiado pequeño. No tiene nada que ver con la calidad de su película o cuántos megapíxeles tiene su cámara.

Además, piense en el detalle relativo. Cuando ves una foto de otra galaxia, no ves estrellas individuales; ves remolinos y manchas. A través del telescopio, una galaxia se ve como una nube de humo incluso a través del telescopio más poderoso, pero con exposiciones prolongadas se obtiene gelato.

De manera similar, puede obtener una foto de Plutón, pero no detalles. Puede obtener más detalles de la Luna porque está más cerca, pero en el mejor de los casos puede ver crestas y acantilados, en lugar de rocas individuales o la evidencia del alunizaje del Apolo 11, que espero sea un montón de latas de cerveza vacías y ‘Buzz fue ¡aquí!’ deletreado en pis, cursiva por supuesto. Con la cámara de un teléfono, con su pequeña lente y sensor, solo podrá diferenciar entre la Luna y una luz de inundación en el porche de su vecino.

El tamaño importa en la fotografía.

No hay fotos de exoplanetas. La lista de exoplanetas que hemos fotografiado directamente es extremadamente pequeña, y todos ellos son jóvenes y más masivos que Júpiter. Esas imágenes consisten en poco más que una pequeña mota en el rango infrarrojo.

Cada imagen bonita de un exoplaneta que has visto proviene de la imaginación de un artista conceptual. Entonces, básicamente, sí, es Photoshop, pero más “creado completamente desde cero en Photoshop (o similar)” y menos “comenzó de algo real y simplemente lo hizo ver mejor”.

EDITAR 1: Entonces, la pregunta anteriormente incluía la oración “¿Es un photoshop?”. Eso ya se ha editado, lo que elimina parte del contexto de esa última oración.

EDITAR 2: Esta respuesta fue originalmente para la pregunta “¿Por qué las fotos de Plutón son borrosas cuando fueron tomadas en algún lugar alrededor de 2002-2003, aunque las imágenes de los exoplanetas que afirman que existen son más limpias?”. Esa pregunta se fusionó con esta, pero no son la misma pregunta, y esta respuesta no pretende abordar la nueva pregunta en esta página.

Las galaxias son enormes. Plutón, a escala astronómica, es pequeño.

Como analogía muy aproximada, imagine mirar un gran avión de pasajeros aterrizando para aterrizar en un aeropuerto a diez kilómetros de distancia. Puedes ver el avión y distinguir su forma general. Usted nota un patrón en el costado que seguramente se forma a partir de ventanas. Puedes ver el tren de aterrizaje extendido. Se ve bastante nítido y bien definido, pero no se puede ver el dibujo de la banda de rodadura en los neumáticos. Eso es una galaxia.

Ahora, imagina un mosquito al otro lado de tu calle. Sin un telescopio potente, no lo verás todo. Ciertamente no podrás descubrir su especie. Ese es Plutón.

Las galaxias, por supuesto, están formadas por cientos de miles de millones a billones de estrellas que emiten luz en todas direcciones debido a las reacciones nucleares que tienen lugar en su interior. Debido a que la luz viaja en todas las direcciones al mismo tiempo desde cada estrella, la luz de cada estrella se envía directamente hacia nosotros y, más específicamente, al HST. El HST recoge toda esta luz para formar una imagen, tal como lo hacen nuestros ojos, pero lo hace fuera de los efectos distorsionadores de nuestra atmósfera, por lo que es capaz de generar impresionantes imágenes de objetos espaciales y colecciones de objetos como galaxias y cúmulos de galaxias de una manera que era completamente imposible de antemano.

Plutón, por otro lado, no genera nada de luz propia. Cualquier luz que nos llegue desde Plutón es en realidad luz generada por nuestra propia estrella, Sol, que llega a Plutón, se refleja en la superficie del planeta enano en nuestra dirección, y luego es recogida por el HST. Debido a este rebote de rayos de luz en forma de billar y al pequeño tamaño y distancia de Plutón de la Tierra, recibimos muy poca luz de Plutón. También se cree que la superficie de Plutón no es significativamente reflectante o lisa, por lo que gran parte de lo que se refleja se dispara en direcciones aleatorias, lo que reduce aún más la luz recibida por el HST.

Entonces, aunque Plutón está mucho, MUCHO más cerca que cualquier cosa fuera de nuestro sistema planetario y podría estar justo encima de nosotros en comparación con la distancia a cualquier galaxia, simplemente no hay mucha luz volviendo a nosotros para obtener un buen , clara imagen de ello. Si el HST pudiera mantener a Plutón continuamente a la vista durante el tiempo suficiente, eventualmente podría usarse para generar una imagen detallada utilizando miles de imágenes individuales, pero eso tomaría MUCHO tiempo. Plutón tiene una órbita muy lenta y muy excéntrica que hace que pase entre los planetas exteriores y vaya por encima y por debajo del plano orbital de todos los planetas, y le lleva cientos de años dar la vuelta al Sol incluso una vez.

Es bastante posible que la NASA ya esté realizando este proyecto de imagen a largo plazo, pero será mucho más rápido esperar hasta que comencemos a obtener imágenes de la sonda que ya está en camino.

Primero debes “enfocar tus loci”.

En otras palabras, “¿dónde está la luz aparente” (en el caso del Hubble que sería el Sol como fondo y los espejos internos que enfocan la luz exterior en un solo punto para crear una imagen analógica real) hacen que los espejos creen una “intersección” (Creo que el término técnico es intercesión pero honestamente no lo sé) ¿existe? (Para el Hubble debería haber un punto enfrente del telescopio donde se acumule toda la luz aparente). En otras palabras, tenemos estos haces de fotones (algunos que provienen de la Tierra también) que proporcionan luz de fondo (y la radiación también creo) para que el Hubble “Observe” (puramente en el rango visual al igual que su telescopio doméstico) objetos distantes. Que es lo que ve ¡Cualquier cosa que irradie bien la luz!

Nada dice “Soy un ser radiante” como un gigante gaseoso. Esa cosa no solo está congelada en todo momento, sino que de hecho es un gas en forma casi sólida, creando enormes cantidades de “energía de luz” (reflexión, refracción, difusión, dispersión, etc., etc.) … todo contenido en el espectro visible e incluso incluso “Visible” por nosotros pequeños humanos en la Tierra sin NINGUNA necesidad de siquiera un telescopio. Eso sería mirar A LA VISTA o LEJOS de los objetos relativos a nosotros en la Tierra y el Sol … lo que significa que podemos ver a Mercurio tan fácilmente como podemos ver a Saturno o incluso a Marte (en realidad, este último es bastante pequeño). “Porque podría ser un cuerpo similar a la Tierra, ya que su núcleo absorbe luz, lo que significa no solo que es muy pequeño sino” borroso “porque simplemente no tiene muy buenas características de luz. (No radiante, no reflectante, no orbita “correctamente” (es decir, al plano, etc., etc.)

Por la misma razón que puede leer una valla publicitaria a 50 pies de distancia, pero no puede leer un libro a 10 pies de distancia.

Las galaxias a menudo tienen 100.000 años luz de diámetro. Un planeta tiene quizás 1/10 de segundo de luz de ancho.

Al igual que una valla publicitaria vista desde la distancia, es (relativamente) fácil para el Hubble ver una galaxia. Pero incluso el Hubble no puede ver un planeta diminuto tan lejos.

Estoy respondiendo la pregunta
¿Por qué las fotos de Plutón son borrosas cuando fueron tomadas en algún lugar alrededor de 2002-2003, aunque las imágenes de exoplanetas que afirman que existen tienen un aspecto más limpio? “, Que se fusionó aquí.

Estas son algunas de las mejores imágenes de exoplanetas con imágenes directas:

(Pequeño punto azul a las 11 en punto)

(La mancha en “b”)

(Este es el mejor hasta ahora)

Esta no es una foto real de un exoplaneta; ese es un “concepto de artista”, imaginativo:

Esta es una gran pregunta que ha sido respondida muy bien en comentarios anteriores. Se trata del ancho relativo que se mide en grados angulares dentro del cielo.

Por ejemplo, el Sol y la Luna parecen ser muy similares en tamaño. Pero en realidad, el Sol es mucho más grande, más de 400 veces más grande que la Luna. Sin embargo, debido a que el Sol está mucho más lejos, parecen de tamaño similar. Pero el ancho real es muy diferente.

Aquí hay una descripción muy buena y detallada: ¿Por qué podemos ver galaxias distantes con un telescopio pero no con Plutón?

Excelentes respuestas sobre por qué no teníamos una imagen resuelta de Plutón antes de New Horizons.

Solo quería abordar el comentario de los OP relacionados con nuestras imágenes de Neptuno y sus lunas. Esas imágenes fueron tomadas por la nave espacial Voyager 2 mientras volaba a 5.000 km de Neptuno en su viaje hacia el borde del sistema solar. No fueron tomadas por el Hubble.

1. Tomar una foto requiere luz. Cuanto más te alejas del sol, más oscuro se vuelve. Plutón recibe muy poca luz y, por lo tanto, solo puede reflejar muy poca.

2. Las fotografías con poca luz necesitan velocidades de obturación bajas. Las bajas velocidades de obturación y los objetos en movimiento crean imágenes borrosas.

En pocas palabras: no puede evitar que Plutón se mueva mientras toma su foto y no puede usar un flash.

La relación distancia / tamaño de Plutón es mucho mayor que la de las galaxias distantes que dispara el Hubble, por lo que por cada píxel de Plutón, hay 193 para la galaxia:

Plutón
4.28 billones de km / 2368km = 1,807,432: 1

Galaxia distante
13 mil millones de años luz / 100,000 años luz = 130,000: 1

Relación lineal de píxeles de la galaxia distante a Plutón
1,807,432 / 130,000 = 13.9: 1

relación de píxeles de área = 13.9 x 13.9 = 193: 1

Comparemos manzanas con manzanas. O al menos compare a Plutón con las estrellas. Las estrellas en esas galaxias que ve el telescopio Hubble son solo manchas. Generan luz, a diferencia de Plutón, que solo la refleja, pero no son más que manchas.

Entonces, la razón es principalmente que las galaxias son mucho más grandes.

Las galaxias tienen miles de años luz de diámetro y emiten enormes cantidades de luz visible y otras radiaciones. Los planetas más allá de Plutón son microscópicos en comparación y emiten o reflejan casi ninguna luz u otra radiación.

Respondí aquí: la respuesta del usuario de Quora a Después del maravilloso paso de Plutón, ¿por qué el telescopio Hubble no pudo haber tomado imágenes de igual resolución?

Las galaxias son realmente grandes y sabemos dónde están.
Los planetas teóricos son … teóricos. Una vez que haya averiguado dónde están, Hubble lo pondrá feliz en la cola para tomar una foto.

Bueno, todo esto está relacionado con la óptica. Comparación simple, no puede tomar una fotografía macro ( http://en.m.wikipedia.org/wiki/M …) con un teleobjetivo ( http://en.m.wikipedia.org/wiki/T … ) Terminarías con una imagen borrosa. A escala espacial, es como si Plutón estuviera pegado a la lente del Hubble.

No sé sobre ti, pero no definiría esta resolución de Plutón y su luna Caronte como una “mancha”

Este tampoco.

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