Arecibo ตรวจจับก๊าซมีเทนบนไททันและภาพวงแหวนของดาวเสาร์อย่างไร

คำตอบนี้จะเป็นระยะทางที่ไกลสุดไปยังวัตถุที่ระบบพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับการวัดจากเรดาร์? ระบุว่าวงแหวนของดาวเสาร์และหอสังเกตการณ์การท่องเที่ยวของอาเรซีโบเปอร์โตริโก - กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่ใหญ่ที่สุดในโลกมานานกว่า 50 ปีกล่าวถึง:

ความสำเร็จอื่น ๆ ของหอดูดาวอะเรซิโบคือ:

• ถ่ายภาพดาวเคราะห์น้อยโดยตรงเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์
• การค้นพบน้ำแข็งที่สะสมอยู่ที่ขั้วของดาวพุธ
• การติดตามดาวเคราะห์น้อยใกล้โลกเพื่อติดตามความเสี่ยงผลกระทบ
• การทำแผนที่พื้นผิวที่มีเมฆปกคลุมของดาวศุกร์
• ภาพเรดาร์ของวงแหวนดาวเสาร์เปิดเผยรายละเอียดใหม่ของโครงสร้างวงแหวน
• การค้นพบครั้งแรกของทะเลสาบมีเธนบนไททันดวงจันทร์ของดาวเสาร์
• การตรวจจับดาวเคราะห์น้อยดวงแรกด้วยดวงจันทร์

คำถาม: Arecibo ตรวจจับก๊าซมีเทนบนไททันและภาพวงแหวนของดาวเสาร์ได้อย่างไร สิ่งเหล่านี้เป็นเพลงที่น่าทึ่งจากโลกสำหรับกล้องโทรทรรศน์เรดิโอเดี่ยว พวกเขาเป็นอย่างไรบ้าง สามารถพบการอ้างอิงและตัวอย่างของภาพวงแหวนและหลักฐานทะเลสาบมีเธนได้หรือไม่

ไททัน "ทะเลสาบ":

การเผยแพร่แบบเปิดในวิทยาศาสตร์: หลักฐานเรดาร์สำหรับพื้นผิวของเหลวใน Titan Campbell, DB, ดำ, GJ, คาร์เตอร์, LM และ Ostro, SJ, วิทยาศาสตร์302 , 5644, pp. 431-434, 17 ต.ค. 2003 DOI: 10.1126 / วิทยาศาสตร์ 1088969

นี่เป็นการ ทดลองที่หรูหราจริงๆ! คลื่นโพลาไรซ์โพลาไรเซชันแบบวงกลมที่ไม่มีการปรับต่อเนื่องขนาด 13 ซม. ถูกถ่ายทอดจาก Arecibo ไปสู่ระบบของดาวเสาร์ / ไททันและใช้ Doppler shift เพื่อแยกสัญญาณที่ส่งคืนจากไททัน

พื้นผิวส่วนใหญ่เป็นพื้นผิวขรุขระดังนั้นจึงมีสัญญาณส่งคืนจากพื้นที่ทั่วแผ่นไททันและเนื่องจากดวงจันทร์หมุนถึงแม้ว่าช้าๆพลังงานกลับจากด้านซ้ายและด้านขวาจะเปลี่ยนเป็นความถี่สูงและต่ำ

อย่างไรก็ตามในบางครั้งการสังเกตมีการสะท้อนที่แรงมากและเด่นชัดโดยไม่มีการเลื่อนดอปเปลอร์แบบศูนย์เมื่อเทียบกับความเร็วในการเคลื่อนที่ของไททันที่รู้จักและจุดสูงสุดนี้มีสาเหตุมาจากการสะท้อนแบบ specular การตรวจสอบการโพลาไรซ์ที่ได้รับนั้นยืนยันว่าในขณะที่กำลังส่งคืนจากพื้นผิวขรุขระในสถานะโพลาไรเซชันแบบวงกลมทั้งองค์ประกอบที่สันนิษฐานไว้จะอยู่ในสถานะโพลาไรซ์แบบวงกลมที่คาดไว้เท่านั้น

ตามที่ระบุไว้ในคำตอบที่รอบคอบของ @Martin Kochanskiไม่มีความมุ่งมั่นจากการสำรวจด้วยเรดาร์ว่าการสะท้อนกลับที่มาจากก๊าซมีเทนนั้น นี่เป็นเพียงองค์ประกอบที่สันนิษฐานได้จากทะเลสาบที่สันนิษฐานขึ้นอยู่กับข้อมูลที่รู้จักกันเกี่ยวกับเคมีของไททันในเวลา (2003)

เราสังเกต Titan ใน 16 คืนในเดือนพฤศจิกายนและธันวาคม 2544 และ 9 คืนในเดือนพฤศจิกายนและธันวาคม 2545 ส่งความยาวคลื่น 13 ซม. ด้วยกล้องโทรทรรศน์ Arecibo ขนาด 305 ม. และรับเสียงสะท้อนจาก Arecibo ระยะเวลาในการหมุนและการโคจรของ Titan คือ 15.9 วันและการสังเกตการณ์ปี 2001 ของเราได้รับในช่วง 22.6 ° (∼800 กม.) ในลองจิจูด การสำรวจ 9 ครั้งในปี 2545 ไม่ได้ให้ความคุ้มครองที่เท่าเทียมกัน ละติจูดของทางใต้ของ subearth อยู่ที่ 25.9 ° S ในปี 2544 และ 26.2 ° S ในปี 2002 ซึ่งเป็นเส้นทางท่องเที่ยวทางใต้ที่ไกลที่สุด เวลาแสงไปกลับสู่ระบบดาวเสาร์ในระหว่างการสังเกตการณ์คือ 2 ชั่วโมง 15 นาทีและเวลาติดตามที่ จำกัด ของกล้องโทรทรรศน์อาเรซีโบหมายความว่าการรับสัญญาณถูก จำกัด ไว้ที่ ∼30 นาทีต่อวันซึ่งสอดคล้องกับการหมุนของไททัน 0.5 ° (20 km ของการเคลื่อนที่ของจุด subearth) ในคืนหนึ่งในปี 2544 และสำหรับการสำรวจส่วนใหญ่ (เช่นเดียวกับคนอื่น ๆ เมื่อเราพยายามทำการตรวจวัดจนถึงไททัน) กล้องโทรทรรศน์สีเขียว 100 ม. (GBT) ก็ถูกใช้เพื่อรับเสียงสะท้อนตลอดการเดินทาง เวลา. ข้อมูลเหล่านี้มีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนต่ำกว่าที่ได้รับจาก Arecibo ที่ได้รับเสียงสะท้อน แต่เวลาที่ได้รับที่สอดคล้องกับการหมุนของไททัน 2.1 °ที่นานขึ้นนั้นอนุญาตให้ทำการศึกษาพื้นที่ใต้พิภพมากขึ้น

นี่คือข้อมูลไททันบางส่วน:

รูปที่ 3 สเปกตรัมเรดาร์ OC สะท้อนที่ความละเอียด 1.0-Hz สำหรับการสังเกตปี 2002 ที่ระยะลองจิจูดใต้ 80 ° ภาพตัดขวางปกติสำหรับชิ้นส่วนที่เป็นเอกสิทธิ์ของ echo และความชัน RMS คือ 0.023 และ 0.2 °ตามลำดับ

คลิกเพื่อดูขนาดเต็ม

รูปที่ 1 Arecibo เรดาสะท้อนก้องสเปคตรัมจากข้อมูลปี 2544 สำหรับห้าลองจิจูดใต้พิภพของไททัน Spectra จะแสดงทั้งความรู้สึกที่คาดหวัง (OC) ของโพลาไรซ์แบบวงกลมที่ได้รับและความรู้สึกแบบข้ามขั้ว (SC) การบวชเป็นส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของเสียง แบนด์วิดท์ที่กว้างขึ้นของ Doppler สำหรับ Titan คือ 325 Hz สเปคตรัม OC สี่ดวงแสดงหลักฐานของส่วนประกอบที่มีค่าเป็น 0 Hz

วงแหวนของดาวเสาร์ "imaged" (delay-Doppler):

จากภาพเรดาร์ของวงแหวนของดาวเสาร์ Nicholson, PD และคณะ, Icarus 177 (2005) 32–62, ดอย: 10.1016 / j.icarus.2005.03.023

"ภาพ" ด้านล่างไม่ใช่ภาพทั่วไปเนื่องจากจาน Arecibo ไม่มีวิธีแก้ไขปริภูมิการขยายของดาวเสาร์และวงแหวน มันเป็นภาพ "ล่าช้า - ดอปเลอร์" โดยใช้ 12.6 ซม., การออกอากาศเรดาร์ 500 กิโลวัตต์ ~, โดย Arecibo เวลาในการเดินทางไปกลับประมาณ 135 นาที เนื่องจาก Arecibo มีการควบคุมที่ จำกัด อยู่ห่างจากจุดสูงสุด (<19.7 องศา) สูงสุด Saturn จึงสามารถใช้ได้กับจานเพียง 166 นาทีภายใต้สภาวะที่เหมาะสม

แกนแนวตั้งแสดงความล่าช้าประมาณ +/- 800 มิลลิวินาทีซึ่งแสดงให้เห็นถึงความละเอียดเชิงพื้นที่ แต่ในทิศทางแนวรัศมีหรือความลึก แกนแนวนอนคือ Doppler shift การเปลี่ยนแปลง +/- 300 kHz แสดงถึงความเร็วการโคจรของอนุภาคในวงแหวน

ในขณะที่ไททันสะท้อนแสงด้านบนทำด้วยลำแสงต่อเนื่องหรือ CW เทคนิคการถ่ายภาพล่าช้า - โดปเลอร์ต้องการการปรับความถี่ของลำแสงด้วยรูปแบบการกระโดดความถี่ ด้วยการใช้ฟังก์ชั่นสหสัมพันธ์โดยใช้รูปแบบที่รู้จักกับสัญญาณที่ได้รับที่บันทึกไว้สามารถแยกส่วนประกอบที่มีเวลาส่งคืนที่แตกต่างกันและการเลื่อนดอปเลอร์ที่แตกต่างกันและผลลัพธ์คือ hzstogramed

นี่เป็นเทคนิคมาตรฐานและใช้เพื่อสร้างภาพดาวเคราะห์และดาวเคราะห์น้อยอื่น ๆ : ดูรายการและการอ้างอิงต่อไปนี้ภายใน:

• คำตอบนี้จะเกิดจากอะไร“ทิศตะวันตกเฉียงใต้ความคลุมเครือ” เมื่อ Doppler เรดาร์การถ่ายภาพเส้นศูนย์สูตรพื้นผิวโลกหรือไม่
• ทำไมแผนที่เรดาร์ของพื้นผิวของวีนัสจึงมีบางส่วนหายไป
• เรขาคณิตทางกายภาพของ“ eclipse” ที่เห็นได้ชัดของดวงจันทร์เล็ก ๆ ของ Asteroid Florence คืออะไร?
• การถ่ายภาพเรดาร์ล่าช้าของโดปเลอร์ของดาวเคราะห์น้อย NEO เป็นไปได้หรือไม่ถ้ามันหมุนเร็วพอ?

รูปที่ 2 ภาพล่าช้า - Doppler สร้างขึ้นจากข้อมูลที่ได้รับใน (a) ตุลาคม 2542, (b) พฤศจิกายน 2000, (c) ธันวาคม 2544 และ (d) มกราคม 2546 ภาพรวมขั้วทั้งสองของ OC และ SC ได้รวมกันเพื่อขยายสัญญาณให้สูงสุด อัตราส่วนเสียงรบกวน สังเกตว่าบริเวณที่มีแสงจ้า 4 จุดในแต่ละภาพที่มีความล่าช้าและเซลล์ Doppler ขนานกันและบริเวณที่วงแหวน A และ B ปรากฏขึ้นเพื่อข้ามกัน

มันไม่ได้ตรวจจับทะเลสาบมีเทน

พบว่าไททันมันวาว (ในแง่ของเรดาร์): นั่นคือการสะท้อนกลับมาจากพื้นผิวที่เรียบมากกว่าที่จะหยาบและในเวลาเดียวกันก็ไม่รุนแรงมาก

ดังนั้น (การอ้างอิงบทความนักวิทยาศาสตร์ใหม่ปี 2003 Radar เปิดเผยว่ามีเธนของทะเลสาบไททันเชื่อมโยงกับหนึ่งในความคิดเห็นต่อคำถามของคุณ) " นักวิจัยบางคนเชื่อว่าสิ่งเหล่านี้เป็นทะเลสาบมีเทนนั่งอยู่ในหลุมอุกกาบาต นักวิจัยคนอื่นอาจนึกถึงคำอธิบายที่แตกต่างกัน

หากเรารู้จากหลักฐานและเหตุผลอื่น ๆ หรือเพียงแค่กำจัดว่ามีทะเลสาบมีเธนในไททัน Arecibo ก็สามารถเรียกร้องให้พวกเขาเห็น แต่ด้วยตัวเองมันไม่ได้ให้หลักฐานว่าพวกมันมีเทนหรือแม้แต่พวกมันก็เป็นทะเลสาบ

หากมีใครเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศขึ้นในปี 2504 และผลิตภาพสีคุณภาพสูงของดาวอังคารพวกเขาอาจอ้างสิทธิ์ได้จากหลักการของอาเรซิโบ“ การตรวจจับรอบแรกของวัฏจักรพืชพรรณตามฤดูกาลบนดาวอังคาร” ตั้งแต่นั้นมา นั่นคือสิ่งที่เปลี่ยนสีตามฤดูกาล