— Взгляни на дорогу, кого ты там видишь?
— Никого.
— Мне бы такое зрение — увидеть никого, да еще на таком расстоянии
"Алиса в Зазеркалье"
Британские ученые™ обнаружили, что вранье...
Нет, начнем не так. Когда-то давным-давно я писал диплом по телескопам под руководством Александра Александровича Коноваленко. Он тогда, конечно, не был еще академиком. Президент еще не награждал его орденами Украины, его именем еще не была названа малая планета 18121, но умным и замечательным человеком он был, полагаю, всегда. Диплом мой был правда по "радио"-телескопам, но и об оптике я тоже что-то слышал.
А 12 августа 2005 года произошло интересное событие. С космодрома на мысе Канаверал стартовал марсианский космический разведчик. MRO. Выведен при помощи носителя Атлас 5. Масса 2180 кг. Среди прочего оборудования на разведчике была установлена камера высокого разрешения HIGH RESOLUTION IMAGING SCIENCE EXPERIMENT (HIRISE)
Камера и в самом деле хороша. Она, к примеру, умудрилась сфотографировать приземля... , - примарсяющийся Феникс на парашютике.
И даже на поверхности марса отлично видела его полутораметровое тельце с растопыренными ладошками солнечных батарей, отброшенную теплозащиту и лежащий на "земле" парашютик с крышкой.
По этим же снимкам в 2008 и 2010 году замолчавшему Фениксу ставили диагноз.
Эти фотографии тем более поразительны, если понимаешь, что съемка велась не с забетонированного телескопного "штатива", а "с рук", с 300-километровой орбиты, сквозь искажающие турбулентности и дымку атмосферы Марса.
Оптическая схема "Кассегрена" (окуляр находится в центре главного зеркала). Диаметр зеркала 0,5 метра. Угловая разрешающая способность 1 микрорадиан. (Т.е. с высоты 300 км. это примерно 30 см. на пиксель.)
Хороший это результат или плохой? Много или мало?
Для сравнения я полез в первый подвернувшийся интернет-магазин, торгующий телескопами, и просмотрел ближайшие, сравнимые по апертуре телескопы.
Вот пример телескопа с диаметром зеркала 406 мм. имеет разрешающую способность 0,34 угловых секунды. Переведем их в радианы, - получим 1,6 микрорадиана. Вполне согласующийся результат, тем более что его зеркало немного меньше, а разрешающая способность растет обратно пропорционально размерам апертуры телескопа. (Ну, в том смысле, что чем больше линейный размер зеркала, тем пропорционально меньше разрешаемый угловой размер.)
Существуют различные эмпирические формулы, но они ориентировочны. Например: "Критерий разрешения по двойным звездам выведен в XIX веке астрономом-любителем Дауэсом и получил название предела Дауэса. Значение, определяющее минимальное различимое угловое расстояние между двойными звездами, имеющими одинаковый блеск, определяется по формуле 116/D, где D=диаметр телескопа в мм." Результат получается в угловых секундах. (Это для случая, когда парная звезда еще сливается, но уже можно различить, что это не одна точка.) По другой версии разрешение r=140/D, где D - диаметр объектива в миллиметрах, r - разрешение в угловых секундах. Разумеется, эти формулы годятся лишь для зеркал отшлифованных с необходимым уровнем точности, которая должна соблюдаться на уровне 1/8-1/10 длины волны. Точное же значение можно определить только на практике. Так как не все зеркала можно считать одинаково "кривыми" и качественно отшлифованными. К тому же разрешение зависит от длины волны, в которой ведется наблюдение. Поэтому более строго угловое разрешение определяется как отношение длины волны к диаметру зеркала. Т.е. теоретически достижимое угловое разрешение δ=λ/D. Но нам для оценок в оптическом (400-700 нм) диапазоне (HIRISE имеет диапазон чуть шире - 400-1000 нм) вполне достаточно эмпирических формул.
Оценим по ним возможное разрешение HIRISE:
140/500=0,28 угл.сек.=1,357 µrad.
Так что параметры оптики HIRISE можно заслуженно считать отличными и честно заявленными (т.е. согласующимися с разрешением на представленных снимках), и на пределе "теоретических возможностей" данной конструкции. Наши "оценки" хоть и фиксируют некоторую "хвастливость", но вполне реалистичны.
И вот NASA, накопив опыт в постройке прекрасных космических телескопов, спустя 4 года (19 июня 2009 года) отправляет к луне еще более современный и совершенный аппарат. LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter).
Давайте попробуем оценить в цифрах то, что заметили уже многие. А именно - разницу в качестве фотоматериала, полученного этими космическими разведчиками. Сопоставима ли она? Можно ли пренебречь "некоторыми недостатками" и объяснить их "объективными причинами"?
Масса спутника LRO - 1846 кг. Выводится аналогичным носителем Атлас 5. То есть разведчики по массе и энергетике одного класса. (Хотя в нагрузку на этом же носителе выводился еще один аппарат LCROSS. 534 кг.) Из фотопринадлежностей на нем устанавливается LROC (Lunar Reconnaissance Orbiter Camera). Среди задач миссии - съемка "всех мест, связанных с деятельностью человека: мест посадок пилотируемых кораблей «Аполлон», американских и советских автоматических станций, а также кратеров, образовавшихся при падении искусственных спутников Луны и других аппаратов".
Ну а почему бы и не поснимать? Тем более, что "штатная" орбита LRO всего 50 км. от поверхности. Да и снимаемые объекты - не полутораметровая козявка Феникс, а вполне себе "четырехметровые" посадочные ступени... а с учетом опор, то и все 10 метров в поперечнике. Одни только метровые тарелки опор (всего-то в полтора раза меньшие чем Феникс). К тому же никаких помех от атмосферы. Условия идеальные.
"Защитники NASA" уже радостно потирали лапки и повизгивали от возбуждения, предвкушая сладостный момент, когда они будут размазывать "скептиков" соплями по фотографиям.
И пошли фотографии. К сожалению, первые из них не слишком отличались от следов оконной жизнедеятельности мухи. Но NASA не спасовало и в августе 2011 г., не пожалев ограниченного запаса топлива на целый месяц, опустило орбиту LRO до 21 км. над поверхностью (вернулся на 50 километровую орбиту 6 сентября). (интересно, сколько было истрачено топлива при смене орбит? И не проще ли было вместо этой рискованной операции, просто установить отлично зарекомендовавший себя HIRISE. Всего-то 50 кг разницы.) И вот они, долгожданные снимки обескураживающе высокого разрешения.
Скептики посрамлены, чего-то лопочут, но кто их слушает. "Ложечки нашлись", но в душе почему-то остался осадок сомнения. Почему разрешение фотографии заявлено в 25 см? Ну с 30-ю сантиметрами на пиксель у MRO все понятно. У него 300-километровая орбита, марсианская атмосфера, хоть и тонкая, но мешает... а в "тепличных" условиях, в которых фотографирует LRO, он сделал бы снимки с разрешением... синус одного микрорадиана... на 21 тысячу метров...семь на ум пошло...
Ой. Два...
нет, не так... ДВА!!! сантиметра.
Э-э? Да ведь это по 45-50 пикселов на каждую посадочную тарелку опоры. Да и в следах космонавтов можно было бы попытаться разглядеть отпечатавшийся протектор.
Где-то здесь "собака порылась". Что-то не так. Не знаю где, но чую подвох.
Это точно такой же Кассегрен. Оговорено, что в модификации Ричи-Кретьена (форма зеркал), но у него зачем-то уменьшили диаметр главного зеркала до 195 мм. Зачем? Чтобы стало хуже?
Ну да бог с ним. Уменьшили диаметр зеркала в 2,5 раза. (Может быть экономили массу. HIRISE весит 65 кг против 15,2 кг LROC). Но в таком случае разрешающая способность должна составить порядка ~ 5 см. (Это по ~ 20 пикселей на каждую тарелку посадочной опоры.) Но мы ведь имеем не 5, а 25 см. Это не "на каких-то 15-20%" потери качества... это в ПЯТЬ РАЗ(!) хуже.
Может быть я чего-то не понимаю или ошибся в расчетах? Давайте заглянем в наш интернет-магазин и посмотрим, что он нам предложит из развлекательной бытовой оптики с диаметром зеркала около 200 мм. Какой там Ричи-Кретьен! Обычный, древний рефлектор Ньютона с диаметром зеркала 200 мм. за 500 долларов предлагает разрешение 0,69 угловой секунды. Это 3,3 микрорадиана. А "наш" "космический девайс" обеспечивает разрешение в целых 10 микрорадиан. Причем даже не "по факту", а прямо по задекларированному "паспорту". (Вот его спецификации.) Мне трудно представить, что такая контора как NASA ищет зеркала для своей оптики на барахолке в Каире. Но заявленное разрешение (2 угловых секунды или 10 µrad.) обеспечивает обычный бинокль (Да, вот взять хоть, например, некий Yukon БЗ 30х50 из списка) с объективом 50 мм.
Оценим возможную разрешающую способность LROC по эмпирической формуле:
140/195=0,72 угл.сек.=3,49 мкРад.
Т.е. примерно такую разрешающую способность имела бы бытовая игрушка с сопоставимым диаметром зеркала в интернет-магазине. (У нас же, напомню, "по паспорту" аж 10 мкРад.)
По каким-то причинам разрешающая способность LROC в три-четыре раза не соответствует физическим возможностям, которые могут достигаться в описанной технической реализации... не то что в "космическом", но даже на бытовом, развлекательно-любительском уровне. Если же сравнивать с разрешением достигнутым в HIRISE, то эта разница составляет ~ 5 раз.
По каким?
Есть ли желающие с цифрами в руках, не "надувая щеки" и не впадая в конспирологическую ересь, доказать объективную недостижимость LROC-ом разрешающей способности бытовой игрушки с сопоставимым зеркалом?
В описанной драме про "фотоаппарат" LROC категорически не хватает Хаббловской истории про бестолкового техника-сборщика, которому не объяснили, что он собирает сверхточный инструмент и поэтому подкладывает в конструкцию непредусмотренную шайбу. Сценаристам видимо недоплатили.
(Кстати, возможно именно благодаря мутной истории своего создания этот великолепно задуманный инструмент также имеет серьезные проблемы со зрением.)
Что же такого нужно было привезти на Луну 40 лет назад, что до сих пор это стыдно показать миру?
Наиболее вероятно "привезение" на Луну не посадочных модулей, а их обезглавленных (возвращаемая кабина должна по сценарию улететь к орбитальному модулю) лёгких муляжей, доставляемых в автоматическом режиме.