Изучение космических тел лабораторным путем

«Изучение планет и малых тел Солнечной системы с использованием космических аппаратов, направляемых к ним. Исследования проводятся, как с аппаратов, пролетающих мимо этих объектов или выходящих на орбиту вокруг них, так и непосредственно на их поверхностях спускаемыми устройствами: неподвижными зондами, передвигающимися механизмами типа луноходов и летающими аэростатами. Это направление исследований проводится в рамках развития не так давно возникшей науки - «сравнительной планетологии». В рамках этой науки должно быть достигнуто понимание не только механизмов возникновения и путей развития планет Солнечной системы, но и возможных тенденций будущей эволюции Земли. Нельзя также забывать о необходимости подготовки к межпланетным пилотируемым полетам, которые неизбежно последуют в будущем, и об изучении возможностей изменения физических условий сначала на поверхности Марса, а потом и Венеры для расселения там, в очень отдаленном будущем наших потомков»

Изучение планет, их спутников, астероидов и комет с помощью космических аппаратов. Весь комплекс научных работ в космосе делится на две группы: изучение околоземного пространства (ближний космос) и изучение дальнего космоса. Все исследования производятся с помощью специальных космических аппаратов. Они предназначены для полетов в космос или для работы на других планетах, их спутниках, астероидах и т. д. В основном они способны длительно и самостоятельно функционировать. Различают два вида аппаратов — автоматические (спутники, станции для полетов к другим планетам и т. д.) и пилотируемые обитаемые (космические корабли, орбитальные станции или комплексы).

Искусственный спутник Земли (ИСЗ) [5]«ИСЗ это космические летательные аппараты, выведенные на орбиты вокруг Земли предназначенные для решения научных и прикладных задач. Аппаратура, устанавливаемая на борту ИСЗ, а также наблюдения ИСЗ с наземных станций позволяют проводить разнообразные геофизические, астрономические, геодезические и др. исследования. Орбиты таких ИСЗ разнообразны: от почти круговых на высоте 200 - 300 км до вытянутых эллиптических с высотой апогея до 500 тыс. км.

Научно-исследовательские ИСЗ составляют около половины всех запущенных ИСЗ. С помощью научных приборов, установленных на ИСЗ, изучаются нейтральный и ионный составвверхней атмосферы, её давление и температуру, а также изменения этих параметров.Концентрацияэлектронов вионосфере и её вариации исследуются как с помощью бортовой аппаратуры, так и понаблюдениям прохождения сквозь ионосферу радиосигналов бортовых радиомаяков. С помощью ионозондов детально изучены структура верхней части ионосферы и изменения электронной концентрации в зависимости от геомагнитной широты, временисуток и т. п.

Все результаты исследований атмосферы, полученные с помощью ИСЗ, являются важным и надёжным экспериментальным материалом для понимания механизмов атмосферных процессов и длярешения таких практических вопросов, как прогноз радиосвязи, прогноз состояния верхней атмосферы и т. п.С помощью ИСЗ обнаружены и исследуются Радиационные пояса Земли Наряду с космическимизондами ИСЗ позволили исследовать структуру магнитосферы Земли и характер её обтекания солнечным ветром, а также характеристики самого солнечного ветра(плотность потока и энергию частиц, величину и характер «вмороженного» магнитного поля) и другие недоступные для наземных наблюдений излучения Солнца ультрафиолетовое и рентгеновское, чтопредставляет большой интерес с точки зрения понимания солнечноземных связей. Ценные для научныхисследований данные доставляют также и некоторые прикладные ИСЗ. Так, результаты наблюдений, выполняемых на метеорологических ИСЗ, широко используются для различных географических исследований.

Для решения некоторых научных и прикладных задач необходимо, чтобы ИСЗ был определённым образом ориентирован в пространстве, причём вид ориентации определяется главным образом назначением ИСЗ или особенностями установленного на нём оборудования. Так, орбитальную ориентацию, при которой одна из осей постоянно направлена по вертикали, имеют ИСЗ, предназначенные для наблюдений объектов на поверхности и в атмосфере Земли; ИСЗ для астрономических исследований ориентируются на небесные объекты: звёзды, Солнце. По команде с Земли или по заданной программе ориентация может изменяться. В некоторых случаях ориентируется не весь ИСЗ, а лишь отдельные его элементы, например остронаправленные антенны — на наземные пункты, солнечные батареи — на Солнце. Для того чтобы направление некоторой оси спутника сохранялось неизменным в пространстве, ему сообщают вращение вокруг этой оси. Для ориентации используют также гравитационные, аэродинамические, магнитные системы — так называемые пассивные системы ориентации, и системы, снабженные реактивными или инерционными управляющими органами (обычно на сложных ИСЗ и космических кораблях), — активные системы ориентации. ИСЗ, имеющие реактивные двигатели для маневрирования, коррекции траектории или спуска с орбиты, снабжаются системами управления движением, составной частью которой является система ориентации. Результаты наблюдений ИСЗ дают возможность с высокой точностью определять возмущения орбитИСЗ, изменения плотности верхней атмосферы (в связи с различными проявлениями солнечной активности), законы циркуляции атмосферы, структуру гравитационного поля Земли и др. Специально организуемыепозиционные и дальномерные синхронные наблюдения спутников (одновременно с нескольких станций)методами спутниковой геодезии позволяют осуществлять геодезическуюпривязку пунктов, удалённых на тысячи км друг от друга, изучать движение материков и т. п.»

Орбитальные станции (ОС)

[6]«О.с.это тяжёлый искусственный спутник, длительное время функционирующий на околоземной, окололунной или околопланетной орбитах. О. с. может быть пилотируемой (с экипажем космонавтов) или работать в автоматическом режиме. Назначение О. с.: решение ряда научных и прикладных задач, исследование околоземного космического пространства и Земли с орбиты ИСЗ, проведение метеорологических, астрономических, радиоастрономических и др. наблюдений, изучение вопросов навигации, медико-биологические эксперименты, исследование поведения материалов и оборудования в условиях космического полёта и др. О. с. могут служить также базами для сборки на орбите тяжёлых космических кораблей, предназначенных для полёта к др. планетам Солнечной системы. С расширением границ освоения космического пространства сфера действия О. с. качественно изменяется. Например, создание окололунных О. с. (предложенных Ю.В. Кондратюком) с практически неограниченным сроком существования на орбите, выполняющих роль баз снабжения, облегчит полёты космических кораблей к др. планетам Солнечной системы»

Автоматическая межпланетарная станция(АМС)

[7]«АМС это космический аппарат, совершающий полёт в межпланетное пространство в автоматическом режиме. Используется для изучения небесных тел и межпланетного пространства. Для выполнения этих задач на автоматической межпланетной станции устанавливается научная аппаратура, измеряющая параметры небесных тел, их физический и химический состав, магнитные и другие излучения. Телевизионная аппаратура позволяет получить изображения небесных тел, их строение и рельеф. Управление автоматической межпланетной станцией осуществляется обычно с помощью бортовых компьютеров в соответствии с заданной программой. В случае необходимости программа может корректироваться посредством радиосигналов с Земли. Для обеспечения станции энергопитанием, как правило, используются солнечные батареи, но могут применяться и аккумуляторы, ядерные источники тока и др. Для вывода автоматической межпланетной станции на заданную траекторию необходимо преодолеть вторую космическую скорость. С помощью автоматических межпланетных станций, достигших Луны, Марса, Венеры, Юпитера, Сатурна и их спутников, получены ценные сведения о строении Солнечной системы и комет»

Космические корабли(КК)

[8] «КК это космический летательный аппарат, предназначенный для полёта людей (пилотируемый космический летательный аппарат). Отличительная особенность К. к. наличие герметичной кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов. К. к. для полёта по геоцентричным орбитам называются кораблями-спутниками, а для полёта к др. небесным телам —межпланетными (экспедиционными) К. к. Разрабатываются транспортные К. к. многократного использования для доставки людей и грузов с Земли на низкую геоцентрическую орбиту и обратно, например для связи с долговременной орбитальной станцией. Транспортировка людей и грузов с низкой геоцентрической орбиты на более высокую, вплоть до стационарной, и обратно предусматривается с помощью автоматических космических ракет буксиров. Изучаются проекты автоматических и К. к.- буксиров для перехода с геоцентрической орбиты на селеноцентрическую, планетоцентрическую и обратно.

Созданы и осуществили полёты: советские К. к.- спутники серии «Восток», «Восход», «Союз» (последний может служить транспортным кораблём одноразового действия); американские К. к.-спутники серии «Меркурий», «Джемини» и экспедиционные К. к. «Аполлон» для полёта на Луну. К. к. «Аполлон» может использоваться как транспортный одноразового действия для полёта на геоцентрическую и гелиоецентрическую орбиты. Перечисленные К. к. состоят из нескольких отсеков и снабжены системами жизнеобеспечения, двигательных установок, навигации и управления, энергопитания, связи, аварийного спасения, возвращения на Землю и др.»

Планетоход Автоматический самоходный аппарат с дистанционным управлением, передвигающийся по поверхности удалённой от Земли планеты. В настоящее время наиболее известно только два планетохода: луноход и марсоход.

[9]«Луноход -транспортное устройство, предназначенное для передвижения по поверхности Луны и управляемое по радио с Земли. Научная измерительная аппаратура, установленная на луноходе, предназначена для изучения топографических и селеноморфологических особенностей местности, определения химического состава и физико-механических свойств грунта, исследования радиационной обстановки на Луне и т. п. С помощью уголкового отражателя, установленного на луноходе, проводилась лазерная локация (измерения) с Земли. Первый луноход – «Луноход-1» доставлен на Луну 17 ноября 1970 г. автоматическим космическим аппаратом «Луна-17». «Луноход1» прошёл 10 540 м, детально обследовал лунную поверхность на площади 80 000 мІ. С помощью телевизионных систем было получено более 200 панорам и свыше 20 000 снимков поверхности Луны, изучены физико-механические свойства её поверхности, проведён химический анализ грунта. Время активного функционирования «Лунохода1»составило 301 сут 6 ч 37 мин. После завершения программы «Луноход1» был выведен на практически горизонтальную площадку, и его уголковый отражатель обеспечивает многолетнее проведение лазернойлокации с Земли. 16 января 1973 г. с помощью автоматического космического аппарата «Луна21» в районвосточной окраины Моря Ясности был доставлен «Луноход2». Усовершенствованный по опыту работы «Лунохода1», с расширенными возможностями, он прошёл по поверхности Луны 27 км и передал на Землю большое количество научной информации о Луне.»

«Марсоход - планетоход, предназначенный для изучения Марса, как луноход — для изучения Луны. В настоящее время на Марсе два действующих марсохода: «Оппортьюнити» и «Кьюриосити».

[10] «Оппортьюнити» прибыл на Марс 24 января 2004 года приземлился в гигантской подушке, которая позволила ему отскочить от поверхности прямо в кратер Орла. В первые дни своей работы «Оппортьюнити» обнаружил признаки влажных условий в далеком прошлом Марса. Его первоначальная миссия была успешной, но должна была продлиться лишь три месяца, но он все еще продолжает работать.В 2011 году марсоход проделал путь к кратеру Индевор и с тех пор копается там. NASA очень осторожно в выборе цели и позиционировании «Оппортьюнити». В отличие от работающего на ядерной энергии «Кьюриосити», «Оппортьюнити» использует солнечные панели, чтобы поддерживать батареи заряженными. Ученые используют инструмент «Оппортьюнити» по работе с камнем, чтобы изучать структуру образцов внутри кратера»

Последний отправившийся марсоход «Кьюриосити» продолжает изучение пород Марса, он обнаружил метан, кварцевые породы, и места с большой влажностью, свидетельствующие о существовании воды на красной планете.

Наблюдательный метод исследования космоса [1]«Пока еще основной метод исследования объектов космического пространства – изучение их электромагнитного излучения. Это обусловлено тем, что контактное исследование неприменимо для раскаленных объектов (звезд). К тому же объекты, более удаленные от Земли, чем тела Солнечной системы, очевидно, останутся и в настоящем и в будущем недоступными для контактного исследования. Космическое электромагнитное излучение регистрируется в очень большом интервале частот: от 10⁷ Гц (λ = 30 м - длинноволновое радиоизлучение) до 10²⁷ Гц (λ = 3*10^-19 м = 3*10^-10 нм - сверхжесткое γ излучение). Полный анализ распределения мощности излучения по спектру несет чрезвычайно много информации о физических свойствах каждого космического тела. Зная расстояние, которое определяется из астрометрического или астрофизического анализа можно найти такие параметры объекта, как его температура, размеры, химический состав и, даже, не прибегая к построению моделей внутреннего строения, оценить возраст объекта, его прошлое и будущее. Приборы для собирания и исследования космического электромагнитного излучения называются телескопами»

Телескопы. Оптические телескопы [11] «Основным прибором, который используется в астрономии для наблюдения небесных тел, приема и анализа приходящего от них излучения, является телескоп. Слово это происходит от двух греческих слов: " tele" - далеко и " skopeo" - смотрю. Телескоп применяют, во-первых, для того, чтобы собрать как можно больше света, идущего от исследуемого объекта, а во-вторых, чтобы обеспечить возможность изучать его мелкие детали, недоступные невооруженному глазу.

Чем более слабые объекты дает возможность увидеть телескоп, тем больше его проницающая сила. Возможность различать мелкие детали характеризует разрешающую способность телескопа. Существует два основных типа оптических телескопов. Если в качестве объектива телескопа используется линза, то он называется рефрактор (от латинского слова " refracto" - преломляю), а если вогнутое зеркало, - то рефлектор (" reflecto" - отражаю).

Помимо рефракторов и рефлекторов в настоящее время используются различные типы катадиоптрических (зеркально-линзовых) телескопов.

В астрономии, как правило, используют увеличения менее 500 раз. Применять большие увеличения мешает атмосфера Земли. Движение воздуха, незаметное невооруженным глазом (или при малых увеличениях), приводит к тому, что мелкие детали изображения становятся нерезкими, размытыми. Астрономические обсерватории, на которых используются крупные телескопы с диаметром зеркала 2-3 м, стараются разместить в районах с хорошим астроклиматом: большим количеством ясных дней и ночей, с высокой прозрачностью атмосферы. Крупнейший в России телескоп-рефлектор, который имеет зеркало диаметром 6 м, сконструирован и построен Ленинградским оптико-механическим объединением. Его огромное вогнутое зеркало, которое имеет массу около 40 т, отшлифовано с точностью до долей микрометра. Фокусное расстояние зеркала 24 м. Масса всей установки телескопа более 850 т, а высота 42 м. Управление телескопом осуществляется с помощью компьютера, который позволяет точно навести телескоп на изучаемый объект и длительное время удерживать его в поле зрения, плавно поворачивая телескоп вслед за вращением Земли. Телескоп входит в состав Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук и установлен на Северном Кавказе (близ станицы Зеленчукская в Кабардино-Балкарии) на высоте 2100 м над уровнем моря.

В настоящее время появилась возможность использовать в наземных телескопах не монолитные зеркала, а зеркала, состоящие из отдельных фрагментов. Уже построены и работают два телескопа, каждый из которых имеет объектив диаметром 10 м, состоящий из 36 отдельных зеркал шестиугольной формы. Управляя этими зеркалами с помощью компьютера, можно всегда расположить их так, чтобы все они собирали свет от наблюдаемого объекта в едином фокусе. Предполагается создать телескоп с составным зеркалом диаметром 32 м, работающим по тому же принципу.

Современные телескопы часто используются для того, чтобы сфотографировать изображение, которое дает объектив. Именно так получены те фотографии Солнца, галактик и других объектов.

В настоящее время астрономию называют всеволновой, поскольку наблюдения за объектами ведутся не только в оптическом диапазоне. Для этой цели используются различные приборы, каждый из которых способен принимать излучение в определенном диапазоне электромагнитных волн: инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма- и радиоизлучение. Для приема и анализа оптического и других видов излучения в современной астрономии используется весь арсенал достижений физики и техники»