Введение
Камера на борту орбитального аппарата НАСА "Марс-Одиссея 2001"
the camera system
Система тепловизионной съемки (THEMIS) – это камера на борту орбитального аппарата "Марс-Одиссея 2001". Она создает изображения Марса в видимой и инфракрасной частях электромагнитного спектра для определения тепловых свойств поверхности и уточнения распределения минералов на поверхности Марса, установленного тепловым эмиссионным спектрометром (TES). Кроме того, она помогает ученым понять связь между минералогией Марса и его рельефом, а также может использоваться для поиска тепловых аномалий в марсианском подповерхностном слое. Управление THEMIS осуществляется из Космического центра изучения Марса при Университете штата Аризона, а разработка и создание камеры были выполнены подразделением Santa Barbara Remote Sensing компании Raytheon Technologies Corporation – американского многонационального конгломерата со штаб-квартирой в Уолтеме, штат Массачусетс. Инструмент назван в честь Фемиды, богини правосудия в древнегреческой мифологии.
Инфракрасная камера
THEMIS обнаруживает тепловую инфракрасную энергию, излучаемую марсианской поверхностью на девяти различных длинах волн. Восемь из них имеют длины волн от 6 до 13 микрометров – идеальный диапазон инфракрасного спектра для определения тепловых характеристик, свойственных силикатным минералам. Девятая полоса имеет длину волны 14,9 микрометров и используется для мониторинга марсианской атмосферы. Наименьшая инфракрасная длина волны, 6,78 микрометра, измеряется дважды в двух диапазонах для повышения отношения сигнал/шум. Таким образом, THEMIS – это 10-канальный прибор, регистрирующий девять различных длин волн.
The absorption spectrum measured by THEMIS contains two kinds of information: temperature and emissivity. The temperature contribution to the measurement dominates the spectrum unless the data is corrected. In effect, a THEMIS infrared image taken during the day will look much like a shaded relief map, with slopes facing the sun being bright (hot) and shaded areas being dark (cold). In a THEMIS image taken at night, however, thermophysical properties of the surface can be inferred, such as temperature differences due to the materials' grain size (thermal inertia). The effect of temperature can be removed from THEMIS infrared data by dividing the image by a black body curve. The resulting energy pattern is an emissivity spectrum characteristic of the specific minerals (or other things) found on the surface. The presence of minerals such as carbonates, silicates, hydroxides, sulfates, amorphous silica, oxides, and phosphates can be determined from THEMIS measurements. In particular, this multi spectral method allows researchers to detect the presence of minerals that form in water and to understand those minerals in their geological context. The THEMIS infrared camera was designed to be used in conjunction with data from the Thermal Emission Spectrometer (TES), a similar instrument on Mars Global Surveyor. While THEMIS has a very high spatial resolution (100 m) with a low spectral resolution of only 10 bands between 6 and 15 micrometers, TES has a low spatial resolution (3×6 km) with very high spectral resolution of 143 bands between 5 and 50 micrometers. The instrument's approach provides data on localized deposits associated with volcanoes, hydrothermal processes, and the alteration of minerals by surface and/or subsurface water. The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), an Earth orbiting instrument on the Terra spacecraft, has used a similar approach to map the distribution of minerals on Earth. Variations in the thermal infrared false color image are due to differences in the minerals that make up rocks and soil.
Спектр поглощения, измеренный THEMIS, содержит два типа информации: температуру и излучательную способность. Вклад температуры в измерение доминирует в спектре, если данные не скорректированы. Фактически, инфракрасное изображение THEMIS, полученное днем, будет напоминать карту рельефа с тенями, где склоны, обращенные к Солнцу, будут светлыми (горячими), а затененные области – темными (холодными). Однако на изображении THEMIS, сделанном ночью, можно оценить термофизические свойства поверхности, такие как разница температур, обусловленная размером зерен материала (тепловая инерция). Влияние температуры можно исключить из инфракрасных данных THEMIS, разделив изображение на кривую излучения абсолютно черного тела. Полученный энергетический рисунок представляет собой спектр излучательной способности, характерный для конкретных минералов (или других веществ), обнаруженных на поверхности. По измерениям THEMIS можно определить наличие минералов, таких как карбонаты, силикаты, гидроксиды, сульфаты, аморфный кремнезем, оксиды и фосфаты. В частности, этот мультиспектральный метод позволяет исследователям обнаруживать минералы, образующиеся в воде, и изучать их в геологическом контексте. Инфракрасная камера THEMIS была разработана для совместного использования с данными теплоэмиссионного спектрометра (TES) – аналогичного прибора на борту Mars Global Surveyor. В то время как THEMIS обладает очень высоким пространственным разрешением (100 м) при низком спектральном разрешении (всего 10 каналов в диапазоне от 6 до 15 микрометров), TES имеет низкое пространственное разрешение (3×6 км) и очень высокое спектральное разрешение (143 канала в диапазоне от 5 до 50 микрометров). Прибор предоставляет данные о локальных отложениях, связанных с вулканами, гидротермальными процессами и изменением минералов под воздействием поверхностных и/или подземных вод. Усовершенствованный космический тепловой эмиссионный и отражательный радиометр (ASTER) – орбитальный прибор на космическом аппарате Terra – использовал аналогичный подход для составления карт распределения минералов на Земле. Изменения в ложноцветном тепловом инфракрасном изображении обусловлены различиями в минеральном составе горных пород и почвы.
The absorption spectrum measured by THEMIS contains two kinds of information: temperature and emissivity. The temperature contribution to the measurement dominates the spectrum unless the data is corrected. In effect, a THEMIS infrared image taken during the day will look much like a shaded relief map, with slopes facing the sun being bright (hot) and shaded areas being dark (cold). In a THEMIS image taken at night, however, thermophysical properties of the surface can be inferred, such as temperature differences due to the materials' grain size (thermal inertia). The effect of temperature can be removed from THEMIS infrared data by dividing the image by a black body curve. The resulting energy pattern is an emissivity spectrum characteristic of the specific minerals (or other things) found on the surface. The presence of minerals such as carbonates, silicates, hydroxides, sulfates, amorphous silica, oxides, and phosphates can be determined from THEMIS measurements. In particular, this multi spectral method allows researchers to detect the presence of minerals that form in water and to understand those minerals in their geological context. The THEMIS infrared camera was designed to be used in conjunction with data from the Thermal Emission Spectrometer (TES), a similar instrument on Mars Global Surveyor. While THEMIS has a very high spatial resolution (100 m) with a low spectral resolution of only 10 bands between 6 and 15 micrometers, TES has a low spatial resolution (3×6 km) with very high spectral resolution of 143 bands between 5 and 50 micrometers. The instrument's approach provides data on localized deposits associated with volcanoes, hydrothermal processes, and the alteration of minerals by surface and/or subsurface water. The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER), an Earth orbiting instrument on the Terra spacecraft, has used a similar approach to map the distribution of minerals on Earth. Variations in the thermal infrared false color image are due to differences in the minerals that make up rocks and soil.
Открытие различных пород
ТЕМИС обнаружила широкий спектр магматических пород и минералов. Среди них – низкокремнеземные базальты, высококремнеземные дациты, оливиновые базальты, ультрамафические (пикритические) базальты и кварцсодержащие гранитоиды. Оливиновые базальты встречались в различных местах, таких как дна кратеров и некоторые слои стенок каньонов. Минерал оливин важен, поскольку он распространен в более первичных магмах из мантии и быстро разрушается при наличии влаги. Следовательно, присутствие оливина указывает на то, что климат оставался сухим с момента его появления на поверхности. Кварцсодержащие породы были обнаружены в центральных поднятиях кратеров. Породы в центральных поднятиях, вероятно, когда-то были погребены на несколько километров в глубине, но подняты в результате ударного процесса. Породы дацитового состава свидетельствуют о том, что в магматических очагах происходила фракционная кристаллизация – процесс, при котором некоторые минералы образуют кристаллы и оседают на дно очага. Разнообразие пород повышает вероятность обнаружения полезных или ценных минералов на Марсе.
Видимая камера
THEMIS оснащена визуальной камерой, которая собирает данные в пяти спектральных диапазонах, делает снимки с пространственным разрешением 18 м (59'), и способна различать объекты размером примерно с полуприцеп. Это разрешение находится между крупномасштабными изображениями, полученными с орбитальных аппаратов Viking (150–300 метров на пиксель), и изображениями высокого разрешения с камеры Mars Orbiter Camera (MOC) на борту Mars Global Surveyor (1,5–3 метра на пиксель). Ширина визуальных снимков THEMIS обычно составляет около 20 км (12 миль). Основная цель визуальной камеры THEMIS – установить геологическую историю существования жидких сред и вулканической активности на Марсе. Кроме того, этот набор данных может использоваться совместно с инфракрасными данными для выявления потенциальных площадок для посадки будущих марсианских миссий.
Технические характеристики
Система тепловизионной съемки весит 11,2 килограмма (24,7 фунта), имеет размеры 54,5 x 37 x 28,6 см (21,5 x 14,6 x 11,3 дюйма) и потребляет 14 ватт электроэнергии.