Quels détails Hubble peut-il voir sur Mars?

Je recherche une scène pour un roman de science-fiction dans lequel les protagonistes du futur proche observent la Terre à travers un télescope monté sur une station en orbite martienne. Mon objectif est de comprendre combien de détails ils pourraient raisonnablement discerner.

Le télescope Hubble est probablement une comparaison raisonnable pour mes besoins. J'ai trouvé des images que Mars a prises de Mars lors d'une approche rapprochée, mais je ne sais pas si celles-ci représentent la meilleure résolution possible ou simplement la résolution qui a été sélectionnée ou disponible à l'époque, ou bien, si la planète entière a été imagée à un niveau supérieur. résolution que la photo publiée dans les médias populaires.

Un télescope de type Hubble peut-il observer des détails beaucoup plus importants que ceux présentés dans l'article ci-dessous? Si oui, que pourrait-on raisonnablement résoudre? Grandes villes? Bâtiments individuels?

Depuis Hubble de Vox.com, vous pouvez voir des galaxies incroyablement loin. Voici ce qui se passe quand on regarde Mars et Saturne.

ci-dessus: recadré à partir de la source NASA, ESA et STScI

ci-dessus: recadré à partir de la source NASA / Hubble

— Eric J.
source

Tout d'abord, vous devez comprendre que le grossissement n'est pas ce que vous voulez demander, mais la résolution angulaire.

— AtmosphericPrisonEscape

J'ai introduit les images dans la question parce qu'au fil du temps, les liens se brisent (les sites Web populaires déplacent ou archivent les anciens articles), puis la question devient invalide. De cette façon, les futurs lecteurs pourront toujours voir de quelles images on parle. De plus, ils sont vraiment magnifiques!

— uhoh

La résolution des images publiques me semble à peu près correcte. Je suis sûr que plus de détails pourraient être extraits via un traitement lourd, mais cela a également tendance à créer des artefacts.

— Florin Andrei

@Tim En général, les images de la NASA sont librement accessibles au public, mais je ne connais pas la licence exacte. La politique elle-même est probablement beaucoup plus ancienne que cc by-sa et peut être établie par la loi américaine dans le cadre du mandat de financement. Ceci est certainement consultable sur Internet. spacetelescope.org/copyright S'il y a plus à discuter, c'est peut-être un bon sujet pour une méta-question.

— uhoh

Si vous devez décrire l'échelle de ces télescopes en termes de référence humaine, un graphique pratique de Wikipédia.

— évêque

Réponses:

Oubliez le grossissement. Les gens qui connaissent les télescopes ne pensent pas en termes d'agrandissement. Ce qui compte, c'est la résolution angulaire, ou le pouvoir de résolution: la taille angulaire des plus petits détails que vous pouvez voir dans un instrument.

Règle générale: le pouvoir de résolution d'un télescope d'un diamètre de 10 cm est de 1 seconde d'arc lors de l'utilisation de la lumière visible. Les nombres sont inversement proportionnels. Un télescope de 20 cm résout les détails de 0,5 arcsec. Un télescope de 1 mètre résout 0,1 arcsec.

Hubble a une ouverture (diamètre) de 2,4 m, son pouvoir de résolution est donc de 0,04 seconde d'arc.

La distance minimale entre la Terre et Mars est d'environ 55 millions de kilomètres et cela n'arrive que très rarement. La distance maximale est de 400 mil km. La distance "moyenne" est de 225 mil km (mais la distance réelle varie tout le temps).

Appliquons la tangente de 0,04 arcsec à 55 mil km:

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

C'est 10 km. Il ne pourrait voir que les principales caractéristiques géographiques.

Pour voir les bâtiments (jusqu'à l'échelle de 10 m), il faudrait une résolution 1000 fois supérieure. Cela signifie une ouverture de 2,4 km. Aucun des modèles de télescopes classiques ne peut fournir cela. Il faudrait que ce soit une sorte de conception interférométrique - un grand champ plat où plusieurs miroirs sont placés à plusieurs kilomètres les uns des autres et sont couplés optiquement pour fonctionner comme un seul miroir énorme (enfin, en quelque sorte - c'est plus une explication intuitive).

Il serait similaire à l' interféromètre optique de précision de la marine près de Flagstaff, en Arizona.

Certaines des parties larges et plates de Valles Marineris pourraient fournir un bon emplacement pour l'interféromètre. Acidalia Planitia fournirait encore plus d'espace pour la construction d'énormes interféromètres et devrait être un bon endroit pour construire des structures en général - plates jusqu'à l'horizon; c'est l'endroit où une grande partie du livre / film The Martian a raconté leur histoire. Mais n'importe quel grand champ raisonnablement plat fonctionnerait.

Tout ce qui précède suppose la distance d'approche la plus proche entre la Terre et Mars. En pratique, la distance est supérieure à cela, donc l'ouverture doit augmenter. Vous envisagez un interféromètre avec une base de dizaines de km si vous voulez distinguer des structures telles que des bâtiments.

En théorie, l'interféromètre pourrait être construit en orbite, mais vous devez vous assurer que la distance entre les miroirs est maintenue avec une précision extraordinaire. Sur la surface planétaire, le sol apporte la rigidité requise. Dans l'espace, il faudrait ... Je sais pas, utiliser la magie de l'espace.

— Florin Andrei
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Merci, c'est une réponse merveilleusement détaillée. L'intrigue ne dépend en aucune façon de voir de petites entités, je vais donc pouvoir résoudre les principales caractéristiques géographiques. Je m'efforce d'obtenir la bonne science dans mes romans et apprécie grandement votre aide!

— Eric J.

@EricJ. - bien, alors le télescope orbital fonctionnerait. Bonne chance pour votre projet!

— Florin Andrei

@ PM2Ring. En effet, je fais référence à Olympus Mons dans l'histoire. Dans cette scène, une station orbitale (autour de Mars) a perdu le contact avec la Terre dans les semaines qui ont suivi une invasion extraterrestre. Le rôle du télescope dans cette scène est de souligner leur désespoir pour les nouvelles de la maison. Cela ne leur dit rien, mais je veux décrire avec précision ce qu'ils voient. Cela fonctionne bien à des fins d'histoire car ils ne peuvent voir que les principales caractéristiques géographiques. Merci pour la pensée!

— Eric J.

@ChrisStratton Ce n'est pas que le télescope doit être en orbite, mais que les humains s'y retrouvent. L'atmosphère martienne est si mince qu'elle ne devrait pas avoir beaucoup d'impact sur l'astronomie observationnelle d'après ce que je sais. Je suppose qu'ils pourraient construire un grand télescope à la surface (par exemple sur Olympus Mons comme suggéré ci-dessus) avec suffisamment de temps, mais l'histoire les mènera dans une direction différente.

— Eric J.

Plutôt que d'essayer de regarder les détails de l'image comme des bâtiments, vos personnages regarderaient probablement des choses comme des modèles d'éclairage de nuit (normal, absent, des éruptions soudaines avec des spectres inquiétants), des conditions météorologiques éventuellement perturbées, des bavardages radio (normaux, absents, jamais auparavant) vu les modulations) et ainsi de suite. C'est presque le problème SETI, mais maintenant avec trois choix - familier, rien, pas familier

— Chris Stratton

$10^{-7}$ est d'environ 54,6 millions de km, la résolution minimale théorique se situe donc entre 5 et 6 km. Les grandes villes peuvent donc être visibles si elles ont beaucoup de contraste. Puisqu'à l'approche la plus proche, un observateur sur Mars regarde directement du côté nuit de la Terre, une ville bien éclairée peut être facile à repérer, d'autre part, ils regardent également plus ou moins directement le Soleil, ce qui pourrait donner problèmes. Il y aura toujours des moments où la distance ne sera que de 70 ou 80 millions de km et l'angle du Soleil sera plus facile à gérer, donc une résolution de 10 km dans les UV, 20 en lumière visible est crédible.

— Steve Linton
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Ce qui n'est pas clair pour moi, c'est si la distance minimale Terre-Mars coïncide avec le transit de la Terre sur le disque solaire, vu de Mars. Puisque les orbites ne sont pas exactement coplanaires, la coïncidence n'est pas garantie - du moins c'est mon intuition. Je peux me tromper.

— Florin Andrei

@Florin Bon point. L'approche la plus proche se produit lorsque Mars est en opposition, mais ce n'est peut-être pas un transit. Je parie que Meuss pourrait nous dire ...

— PM 2Ring

@FlorinAndrei Les plans orbitaux des planètes sont assez inclinés les uns par rapport aux autres (plusieurs degrés) - ils sont assez loin d'être coplanaires. Compte tenu de la petite taille angulaire du soleil (à 0,5 ° de la Terre POV) et des vastes distances impliquées, les transits sont en fait assez rares. Les transits terrestres, vus de Mars, ne se produisent que quelques fois par siècle!

— Oscar Bravo