Que detalhes o Hubble pode ver em Marte?

Estou pesquisando uma cena para um romance de ficção científica em que os protagonistas do futuro próximo observam a Terra através de um telescópio montado em uma estação na órbita de Marte. Meu objetivo é entender quantos detalhes eles razoavelmente poderiam discernir.

O telescópio Hubble é provavelmente uma comparação razoável para meus propósitos. Encontrei imagens que o Hubble tirou de Marte durante uma abordagem mais próxima, mas não sei se elas representam a melhor resolução possível ou simplesmente a resolução que foi selecionada ou disponível no momento, ou se o planeta inteiro foi fotografado em uma imagem mais alta. resolução do que a foto publicada em meios de comunicação populares.

Um telescópio semelhante ao Hubble pode observar detalhes significativamente maiores do que os mostrados no artigo abaixo? Se sim, o que poderia ser razoavelmente resolvido? Cidades grandes? Edifícios individuais?

No Hubble da Vox.com, você pode ver galáxias impossivelmente distantes. Aqui está o que acontece quando olha para Marte e Saturno.

acima: Cortado da fonte NASA, ESA e STScI

acima: Cortada da fonte NASA / Hubble

— Eric J.
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Primeiro, você precisa entender que a ampliação não é o que você deseja perguntar, mas a resolução angular.

— AtmosphericPrisonEscape

Eu trouxe as imagens para a questão porque, com o tempo, os links quebram (sites populares movem ou arquivam artigos antigos) e, em seguida, a pergunta se torna inválida. Dessa forma, os futuros leitores ainda poderão ver sobre o que as imagens estão sendo comentadas. Além disso, eles são realmente lindos!

— uhoh

A resolução das imagens públicas parece certa para mim. Tenho certeza de que mais detalhes podem ser extraídos por meio de processamento pesado, mas isso também tende a criar artefatos.

— Florin Andrei

@ Tim Em geral, as imagens da NASA estão disponíveis gratuitamente para uso público, mas não sei a licença exata. A política em si é provavelmente muito mais antiga que cc by-sa e pode ser estabelecida pela lei dos EUA de alguma forma como parte do mandato de financiamento. Isso certamente pode ser pesquisado na internet. spacetelescope.org/copyright Se houver mais para discutir, talvez seja um bom tópico para uma meta questão.

— uhoh

Caso você precise descrever a escala desses telescópios em termos de referência humana, um gráfico útil da Wikipedia.

— bispo

Respostas:

Esqueça a ampliação. Pessoas que conhecem telescópios não pensam em termos de ampliação. O que importa é a resolução angular ou o poder de resolução: o tamanho angular dos menores detalhes que você pode ver em um instrumento.

Regra geral: o poder de resolução de um telescópio com um diâmetro de 10 cm é de 1 segundo de arco ao usar luz visível. Os números são inversamente proporcionais. Um telescópio de 20 cm resolve os detalhes com 0,5 arcseg de tamanho. Um telescópio de 1 metro resolve 0,1 arcseg.

O Hubble tem uma abertura (diâmetro) de 2,4 m, portanto, seu poder de resolução é de 0,04 arcoseg.

A distância mínima entre a Terra e Marte é de cerca de 55 milhões de km e isso acontece muito raramente. A distância máxima é de 400 mil km. A distância "média" é de 225 mil km (mas a distância real varia o tempo todo).

Vamos aplicar a tangente de 0,04 arcsec a 55 mil km:

https://www.wolframalpha.com/input/?i=tan(0.04+arcseconds)+*+55000000

São 10 km. Só seria capaz de ver as principais características geográficas.

Para ver edifícios (até a escala de 10 m), seria necessário um aumento de 1000x na resolução. Isso significa uma abertura de 2,4 km. Nenhum dos designs clássicos de telescópios pode fornecer isso. Teria que ser algum tipo de design interferométrico - um campo grande e plano, onde vários espelhos são colocados a vários quilômetros de distância e são acoplados opticamente para funcionar como um único espelho enorme (bem, mais ou menos - isso é mais uma explicação intuitiva).

Seria semelhante ao interferômetro óptico de precisão da Marinha perto de Flagstaff, Arizona.

Algumas das partes largas e planas de Valles Marineris podem fornecer uma boa localização para o interferômetro. A Acidalia Planitia proporcionaria ainda mais espaço para a construção de grandes interferômetros e deveria ser um bom lugar para construir estruturas em geral - planas para além do horizonte; é o lugar onde grande parte do livro / filme The Marciano conta sua história. Mas qualquer campo grande e razoavelmente plano funcionaria.

Todos os itens acima pressupõem a distância da aproximação mais próxima entre a Terra e Marte. Na prática, a distância é maior que isso, portanto a abertura deve aumentar. Você está contemplando um interferômetro com uma base de dezenas de quilômetros, se quiser distinguir estruturas como edifícios.

É possível que o interferômetro possa ser construído em órbita, mas você deve garantir que a distância entre os espelhos seja mantida com uma precisão extraordinária. Na superfície planetária, o solo fornece a rigidez necessária. No espaço você teria que ... Não sei, use magia espacial.

— Florin Andrei
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Obrigado, essa é uma resposta maravilhosamente detalhada. O enredo não depende, de forma alguma, da visualização de pequenos recursos, por isso vou resolver os principais recursos geográficos. Esforço-me para acertar a ciência nos meus romances e agradeço imensamente a sua ajuda!

— Eric J.

@EricJ. - tudo bem, então o telescópio orbital funcionaria. Boa sorte com seu projeto!

— Florin Andrei

@ PM2Ring. Na verdade, eu faço referência ao Olympus Mons na história. Nesta cena, uma estação orbital (em torno de Marte) perdeu contato com a Terra nas semanas após uma invasão alienígena. O papel do telescópio nesta cena é destacar seu desespero por notícias de casa. Na verdade, não diz nada a eles, mas quero descrever com precisão o que eles veem. Funciona bem para fins de história, pois eles podem ver apenas os principais recursos geográficos. Obrigado pelo pensamento!

— Eric J.

@ ChrisStratton Não é que o telescópio esteja em órbita, mas que os humanos se encontrem lá. A atmosfera marciana é tão fina que não deve ter muito impacto na astronomia observacional, pelo que sei. Suponho que eles poderiam construir um grande telescópio na superfície (por exemplo, no Olympus Mons, como sugerido acima), com tempo suficiente, mas a história os levará a uma direção diferente.

— Eric J.

Em vez de tentar olhar os detalhes da imagem como edifícios, seus personagens provavelmente olhariam para coisas como padrões de iluminação noturna (normal, ausente, explosões repentinas com espectros preocupantes), possivelmente padrões climáticos interrompidos, conversas no rádio (normal, ausente, nunca antes modulações vistas) e assim por diante. É quase o problema do SETI, mas agora com três opções - familiar, nada e desconhecido

— Chris Stratton

$10^{-7}$ é de cerca de 54,6 milhões de km, então a resolução mínima teórica é entre 5 e 6 km. Então, grandes cidades podem ser visíveis se tiverem muito contraste. Como na aproximação mais próxima um observador em Marte está olhando diretamente para o lado noturno da Terra, uma cidade bem iluminada pode ser fácil de localizar, por outro lado, eles também estão olhando mais ou menos diretamente para o Sol, o que pode dar algumas problemas Ainda haverá momentos em que a distância é de apenas 70 ou 80 milhões de km e o ângulo do Sol é mais gerenciável, portanto, uma resolução de 10 km no UV, 20 na luz visível é credível.

— Steve Linton
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O que não está claro para mim é se a distância mínima Terra-Marte coincide com o trânsito da Terra sobre o disco solar, visto de Marte. Como as órbitas não são exatamente coplanares, a coincidência não é garantida - pelo menos essa é a minha intuição. Eu poderia estar errado.

— Florin Andrei

@Florin Bom ponto. A abordagem mais próxima ocorre quando Marte está em oposição, mas isso pode não ser um trânsito. Aposto que Meuss poderia nos dizer ...

— PM 2Ring

@FlorinAndrei Os planos orbitais dos planetas são um pouco inclinados um em relação ao outro (vários graus) - eles estão muito longe de serem co-planares. Dado o pequeno tamanho angular do sol (0,5 ° do POV da Terra) e as vastas distâncias envolvidas, os trânsitos são realmente muito raros. Os trânsitos da Terra, vistos de Marte, acontecem apenas algumas vezes por século!

— Oscar Bravo