Sterrekunde

Kan IR-sensitiewe kameras seine van Venus se oppervlakvrystelling lees?

Kan IR-sensitiewe kameras seine van Venus se oppervlakvrystelling lees?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Hierdie vraag het my hieroor laat nadink.

Ek weet dat ons die aarde se oppervlaktemperatuur per satelliet meet (miskien ietwat onakkuraat, maar dit word dieselfde gedoen). As ons Venus as voorbeeld gebruik, kan ons bewyse sien van Venus se 800 grade oppervlak uit die ruimte, of word die temperatuur van Venus meer afgelei deur modelwerk en die Russiese skip wat daar geland het.

Alle dinge met hitte gee 'n termiese handtekening af en die handtekening is nie 'n enkele golflengte nie, maar 'n golflengte. Ek neem aan dat, deur die totale emissiekleur en / of die piekgolflengte te meet, dit 'n redelike reguit berekening is om die temperatuur te bereken.

Maar as u 'n atmosfeer het, is dit die belangrikste deel van my vraag. Ek neem aan dat 'n atmosfeer tot 'n mate deursigtig is, sodat u in 'n sekere sin hitte deur middel en binne sowel as op die boonste oppervlak kan sien. Maar die hitte wat u sien verminder, afhangend van hoe ondeursigtig / deursigtig die atmosfeer is vir die spesifieke golflengte.

Is daar goeie skattings van die balpark oor hoe dik (of hoe dig of onder druk) ons temperatuurhandtekeninge deur 'n atmosfeer kan sien? In die geval van Venus, kom een ​​van die 800 grade oppervlaktemperatuur wat deur IR gegenereer word, deur sy atmosfeer, waar dit waargeneem kan word deur ruimtetuie, wat 'n goeie meting gee van die oppervlaktemperatuur, of is die oppervlaktemperatuur afgelei deur verskillende soorte modelle en die mishandelde Sowjet-ruimtetuig wat nie lank geduur het nadat dit geland het nie.

Ek stel my voor dat sommige atmosferiese gasse deursigtiger is as ander.

Net om te verduidelik: 'n spesifieke "ja / nee wat ons IR van Venus se oppervlak kan opspoor" en 'n meer algemene antwoord oor hoe ver ons hitte deur 'n atmosfeer kan sien, is albei goed.


Ja. 'N Termiese beeld vanaf die oppervlak kan opgespoor word, selfs deur amateurs.

Die grond word verhit tot ongeveer 700K, en die termiese emissie op 'n golflengte van 1 mikron is amper waarneembaar deur bekwame amateurs, met die regte toerusting. Berge, wat ongeveer 30K koeler is, kan op hierdie golflengte gesien word

Vanaf 'n baan kan meer besonderhede gesien word. Akatsuki het die band van 1 mikron gebruik om die oppervlak in 2015 waar te neem

Op ander golflengtes word wolkpatrone geopenbaar. Galileo het tydens sy vliegfoto's 2,3 mikron geneem. Hulle toon swaelsuurwolke op 50 km bo die oppervlak (10 km onder die sigbare wolklaag) en op ongeveer 270 K, met gapings wat die onderste atmosfeer blootstel en gloei op 500 K.


Infrarooi

Infrarooi (IR), soms genoem infrarooi lig, is elektromagnetiese straling (EMR) met golflengtes langer as dié van sigbare lig. Dit is dus onsigbaar vir die menslike oog. In IR word algemeen verstaan ​​golflengtes vanaf die nominale rooi rand van die sigbare spektrum ongeveer 700 nanometer (frekwensie 430 THz), tot 1 millimeter (300 GHz) [1] (hoewel die langer IR-golflengtes dikwels eerder as terahertz-bestraling aangedui word). Swartliggaamstraling van voorwerpe naby kamertemperatuur is byna almal op infrarooi golflengtes. As 'n vorm van elektromagnetiese straling versprei IR energie en momentum, met eienskappe wat ooreenstem met beide die van 'n golf en van 'n deeltjie, die foton.

Infrarooi bestraling is in 1800 ontdek deur sterrekundige Sir William Herschel, wat 'n soort onsigbare straling in die spektrum met 'n laer energie as rooi lig ontdek het, deur die effek daarvan op 'n termometer. [2] Uiteindelik is meer as die helfte van die totale energie van die son gevind [ wanneer? ] om in die vorm van infrarooi op aarde te kom. Die balans tussen geabsorbeerde en uitgestraalde infrarooi-straling het 'n kritieke uitwerking op die Aarde se klimaat.

Infrarooi straling word deur molekules uitgestraal of geabsorbeer wanneer hulle hul rotasie-vibrasie bewegings verander. Dit maak vibrasiemodusse in 'n molekule opgewonde deur 'n verandering in die dipoolmoment, wat dit 'n nuttige frekwensiebereik maak vir die bestudering van hierdie energietoestande vir molekules met die regte simmetrie. Infrarooi spektroskopie ondersoek absorpsie en oordrag van fotone in die infrarooi gebied. [3]

Infrarooi bestraling word gebruik in industriële, wetenskaplike, militêre, kommersiële en mediese toepassings. Nagsigtoestelle wat aktiewe naby-infrarooi beligting gebruik, kan mense of diere waarneem sonder dat die waarnemer opgespoor word. Infrarooi sterrekunde gebruik sensor-toegeruste teleskope om stowwerige ruimtes van die ruimte deur te dring, soos molekulêre wolke, om voorwerpe soos planete op te spoor en om hoogs rooi verskuifde voorwerpe uit die vroeë dae van die heelal te besigtig. [4] Infrarooi kameras vir termiese beelding word gebruik om hitteverlies in geïsoleerde stelsels op te spoor, om die veranderende bloedvloei in die vel waar te neem en om die oorverhitting van elektriese komponente op te spoor. [5]

Militêre en burgerlike toepassings sluit in die verkryging van teikens, toesig, nagsig, homing en opsporing. Mense met normale liggaamstemperatuur straal hoofsaaklik teen golflengtes van ongeveer 10 μm (mikrometer). Nie-militêre gebruike sluit in termiese doeltreffendheidsanalise, omgewingsmonitering, inspeksies van industriële fasiliteite, opsporing van groei, afstandswaarneming, draadlose kommunikasie op kort afstand, spektroskopie en weervoorspelling.


Inhoud

As een van die helderste voorwerpe in die lug is Venus al sedert die prehistoriese tyd bekend, en as sodanig het baie antieke kulture waarnemings van die planeet aangeteken. 'N Silinderverbinding uit die Jemdet Nasr-periode dui aan dat die antieke Sumeriërs reeds geweet het dat die oggend- en aandsterre dieselfde hemelse voorwerp was. Die Sumeriërs het die planeet vernoem na die godin Inanna, wat deur die latere Akkadiërs en Babiloniërs as Ishtar bekend gestaan ​​het. [1] Sy het 'n dubbele rol as 'n godin van sowel liefde as oorlog gehad, en het sodoende 'n god voorgestel wat geboorte en dood voorgehou het. [2] [3] Een van die oudste oorlewende astronomiese dokumente uit die Babiloniese biblioteek van Ashurbanipal omstreeks 1600 vC, is 'n 21-jarige verslag van die verskyning van Venus.

Omdat die bewegings van Venus onophoudelik blyk te wees (dit verdwyn as gevolg van die nabyheid aan die son, vir baie dae op 'n slag, en dan weer aan die ander horison verskyn), het sommige kulture Venus nie dadelik herken as 'n enkele entiteit nie, het hulle aanvaar dit moet twee aparte sterre op elke horison wees: die môrester en die aandster. Die Ou Egiptenare het byvoorbeeld geglo dat Venus twee aparte liggame was en het die oggendster as Tioumoutiri geken en die aandster as Ouaiti. [4] Die antieke Grieke noem die môrester Φωσφόρος, Fosforos (Gelatiniseer Fosfor), die "Bringer of Light" of Ἐωσφόρος, Eosforos (Gelatiniseer Eosfor), die "Bringer of Dawn". Die aandster het hulle gebel Hesperos (Gelatiniseer Hesperus) (Ἓσπερος, die "ster van die aand"). [5] In die Hellenistiese tyd het die antieke Grieke dit as 'n enkele planeet geïdentifiseer, [6] [7] wat hulle vernoem het na hul godin van liefde, Afrodite (Αφροδίτη) (Fenisiese Astarte), [8] 'n planetêre naam wat in die moderne Grieks behou word. [9] Hesperos het 'n leenwoord in Latyn geword, aangesien Vesper en Phosphoros vertaal is as Lucifer ("Ligdraer").

Venus is beskou as die belangrikste hemelliggaam waargeneem deur die Maya's, wat dit Chac ek, [10] of Noh Ek ', "die Groot Ster" genoem het. Die Maya's het die bewegings van Venus fyn dopgehou en dit gedurende die dag waargeneem. Daar word gedink dat die posisies van Venus en ander planete die lewe op Aarde beïnvloed, en die Maya's en ander antieke Meso-Amerikaanse kulture het oorloë en ander belangrike gebeure op grond van hul waarnemings vasgestel. In die Dresden Codex het die Maya's 'n almanak ingesluit wat Venus se volledige siklus toon, in vyf stelle van 584 dae elk (ongeveer agt jaar), waarna die patrone herhaal is (aangesien Venus 'n sinodiese periode van 583,92 dae het). [11] Die Maya-beskawing het 'n godsdienstige kalender ontwikkel, gedeeltelik gebaseer op die bewegings van die planeet, en die bewegings van Venus gehou om die gunstige tyd vir gebeure soos oorlog te bepaal. Hulle het dit ook genoem Xux Ek', die Wasp Star. Die Maya's was bewus van die sinodiese periode van die planeet en kon dit binne 'n honderdste deel van 'n dag bereken. [12]

Omdat sy baan dit tussen die aarde en die son neem, vertoon Venus, soos gesien vanaf die aarde, sigbare fases op dieselfde manier as die aarde se maan. Galileo Galilei was die eerste persoon wat die fases van Venus in Desember 1610 waargeneem het, 'n waarneming wat Copernicus se destydse omstrede heliosentriese beskrywing van die sonnestelsel ondersteun. Hy het ook kennis geneem van veranderinge in die grootte van die sigbare deursnee van Venus toe dit in verskillende fases was, wat daarop dui dat dit verder van die aarde af was as dit vol was en nader as dit halfmaan was. Hierdie waarneming het die heliosentriese model sterk ondersteun. Venus (en ook Mercurius) is nie sigbaar vanaf die aarde as dit vol is nie, want dit is in 'n superieure samewerking, styg en sak saam met die son en verloor dus in die glans van die son.

Venus is die helderste wanneer ongeveer 25% van sy skyf verlig is, dit vind gewoonlik 37 dae plaas (voor in die aandhemel) en daarna (in die oggendhemel) se minderwaardige samewerking. Die grootste verlengings vind plaas ongeveer 70 dae voor en na minderwaardige samevoeging, en dan is dit halfvol tussen hierdie twee intervalle. Venus is helder oordag sigbaar as die waarnemer spesifiek weet waarna hy moet soek. Die periode van retrograde beweging van die planeet is 20 dae aan weerskante van die minderwaardige verbinding. Trouens, deur 'n teleskoop kom Venus met die grootste verlenging minder as halfvol voor as gevolg van Schröter se effek wat die eerste keer in 1793 opgemerk is en in 1996 getoon word as gevolg van sy dik atmosfeer.

In seldsame gevalle kan Venus op dieselfde dag in die oggend (voor sonsopkoms) en saans (na sononder) gesien word. Hierdie scenario ontstaan ​​wanneer Venus sy maksimum skeiding van die ekliptika het en tegelykertyd in 'n minderwaardige verbinding, dan sal een halfrond (Noordelik of Suidelik) dit beide kan sien. Hierdie geleentheid het hom onlangs binne enkele dae aan weerskante van 29 Maart 2001 en waarnemers in die Suidelike Halfrond op 19 Augustus 1999 vir die Noordelike Halfrond waargeneem. Hierdie onderskeie gebeure herhaal hulself elke agt jaar ingevolge die planeet se sinodiese siklus.

Transitte van Venus direk tussen die aarde en die sigbare skyf van die son is skaars astronomiese gebeure. Die eerste transito wat voorspel en waargeneem is, was die Transit of Venus, 1639, gesien en opgeneem deur die Engelse sterrekundiges Jeremiah Horrocks en William Crabtree. Die waarneming deur Mikhail Lomonosov van die transito van 1761 het die eerste bewys gelewer dat Venus 'n atmosfeer gehad het, en deur die 19de-eeuse waarnemings van parallaks tydens Venus-transitte kon die afstand tussen die aarde en die son vir die eerste keer akkuraat bereken word. Transitte kan eers vroeg in Junie of vroeg in Desember plaasvind, dit is die punte waarop Venus die ekliptika (die wentelvlak van die Aarde) kruis, en kom in pare met tussenposes van agt jaar voor, met elke sodanige paar meer as 'n eeu uitmekaar . Die jongste paar deurgange van Venus het in 2004 en 2012 plaasgevind, terwyl die vorige paar in 1874 en 1882 plaasgevind het.

In die 19de eeu het baie waarnemers gesê dat Venus 'n tydperk van ongeveer 24 uur gehad het. Die Italiaanse sterrekundige Giovanni Schiaparelli was die eerste wat 'n aansienlik stadiger rotasie voorspel het, en voorgestel dat Venus tydelik met die son toegesluit is (soos hy ook vir Mercurius voorgestel het). Alhoewel dit nie waar is vir enige liggaam nie, was dit steeds 'n redelike akkurate skatting. Die nabye resonansie tussen die rotasie en die naaste benadering tot die Aarde het gehelp om hierdie indruk te skep, aangesien Venus altyd in dieselfde rigting gekyk het toe dit op die beste plek was om waarnemings te maak. Die rotasiesnelheid van Venus is die eerste keer gemeet tydens die 1961-verbinding, waargeneem deur radar vanaf 'n 26 m-antenne by Goldstone, Kalifornië, die Jodrell Bank Radio Observatory in die Verenigde Koninkryk en die Sowjet-ruimteafdeling in Yevpatoria, die Krim. Die akkuraatheid is verfyn by elke daaropvolgende verbinding, hoofsaaklik uit metings gemaak van Goldstone en Eupatoria. Die feit dat rotasie retrograde was, is eers in 1964 bevestig.

Vóór radiowaarnemings in die 1960's het baie geglo dat Venus 'n welige, aardeagtige omgewing bevat. Dit was te danke aan die grootte van die planeet en sy orbitale radius, wat 'n redelike Aarde-agtige situasie voorgestel het, asook die dik wolklaag wat verhinder het dat die oppervlak gesien kon word. Van die bespiegelinge oor Venus was dat dit 'n oerwoudagtige omgewing het of dat dit oseane het van petroleum of koolzuurhoudende water. Mikrogolfwaarnemings deur C. Mayer et al., [13] het 'n hoë temperatuurbron (600 K) aangedui. Vreemd genoeg het millimeterbandwaarnemings deur A. D. Kuzmin op baie laer temperature aangedui. [14] Twee mededingende teorieë het die ongewone radiospektrum verklaar, een wat daarop dui dat die hoë temperature in die ionosfeer ontstaan ​​het, en 'n ander 'n warm planeetoppervlak.

In September 2020 het 'n span van die Universiteit van Cardiff aangekondig dat waarnemings van Venus met behulp van die James Clerk Maxwell Telescope en Atacama Large Millimeter Array in 2017 en 2019 aangedui het dat die Venus-atmosfeer fosfine (PH3) bevat in konsentrasies wat 10 000 keer hoër is as dié waaraan toegeskryf kan word. enige bekende nie-biologiese bron op Venus. Die fosfien is opgespoor op hoogtes van minstens 30 myl bo die oppervlak van Venus, en is hoofsaaklik op middelbreedtes bespeur, en geen waarneembaar aan die pole van Venus nie. Dit dui op die moontlike teenwoordigheid van biologiese organismes op Venus. [15] [16]

Na die maan was Venus die tweede voorwerp in die sonnestelsel wat deur radar vanaf die aarde ondersoek is. Die eerste studies is in 1961 by die NASA se Goldstone Observatory uitgevoer, wat deel uitmaak van die Deep Space Network. By opeenvolgende minderwaardige voegwoorde is Venus deur Goldstone en die National Astronomy and Ionosphere Centre in Arecibo waargeneem. Die studies wat uitgevoer is, was soortgelyk aan die vroeëre meting van deurgange van die meridiaan, wat in 1963 aan die lig gebring het dat die rotasie van Venus retrograde is (dit draai in die teenoorgestelde rigting as waarin dit om die son wentel). Met die radarwaarnemings kon sterrekundiges ook vasstel dat die rotasietydperk van Venus 243,1 dae was en dat die rotasie-as byna loodreg op sy wentelvlak was. Daar is ook vasgestel dat die radius van die planeet 6,052 kilometer (3,761 mi) was, ongeveer 70 kilometer (43 mi) minder as die beste vorige syfer wat met aardteleskope verkry is.

Belangstelling in die geologiese kenmerke van Venus is gestimuleer deur die verfyning van beeldtegnieke tussen 1970 en 1985. Vroeë radarwaarnemings suggereer bloot dat die oppervlak van Venus kompakter is as die stofagtige oppervlak van die Maan. Die eerste radarbeelde wat van die aarde af geneem is, het baie helder (radarreflekterende) hooglande getoon wat Alpha Regio, Beta Regio gedoop is, en verbeteringe van Radwell-tegnieke deur Maxwell Montes het later 'n beeldresolusie van 1-2 kilometer behaal.

Daar was talle onbemande missies na Venus. Tien Sowjet-sondes het 'n sagte landing op die oppervlak bereik, met tot 110 minute kommunikasie vanaf die oppervlak, alles sonder terugkeer. Beginvensters vind elke 19 maande plaas.

Vroeë flybys Edit

Op 12 Februarie 1961 het die Sowjet-ruimtetuig Venera 1 was die eerste vliegsonde wat na 'n ander planeet gelanseer is. 'N Oorverhitte oriëntasiesensor het veroorsaak dat dit onklaar geraak het, en die kontak met die aarde verloor het voordat dit 100.000 km na Venus gekom het. Die sonde moes egter eers al die nodige kenmerke van 'n interplanetêre ruimtetuig kombineer: sonpanele, paraboliese telemetrie-antenne, 3-as-stabilisering, kursusregstellende enjin en die eerste lansering vanaf 'n parkeerbaan.

Die eerste suksesvolle vlieënde Venus-sonde was die Amerikaner Mariner 2 ruimtetuig, wat in 1962 verby Venus gevlieg het en binne 35 000 km gekom het. A gewysig Veldwagter Dit het vasgestel dat Venus feitlik geen intrinsieke magnetiese veld het nie en dat die temperatuur van die planeet se atmosfeer ongeveer 500 ° C (773 K 932 ° F) gemeet is. [17]

Die Sowjetunie het die Zond 1 het in 1964 na Venus ondersoek, maar dit het êrens na die telemetrie-sessie op 16 Mei verkeerd gestaan.

Tydens 'n ander Amerikaanse vlieg in 1967, Mariner 5 die sterkte van Venus se magneetveld gemeet. In 1974, Mariner 10 het deur Venus geswaai op pad na Mercurius en ultravioletfoto's van die wolke geneem, wat die buitengewoon hoë windspoed in die Venusiese atmosfeer onthul.

Vroeë landings Redigeer

Op 1 Maart 1966 het die Venera 3 Sowjet-ruimtesonde het op Venus neergestort en die eerste ruimtetuig geword wat die oppervlak van 'n ander planeet bereik het. Sy suster vaartuig Venera 2 het misluk weens oorverhitting kort voordat sy flyby-missie voltooi is.

Die afkapsule van Venera 4 het op 18 Oktober 1967 die atmosfeer van Venus binnegekom, wat dit die eerste sonde gemaak het om direkte metings vanaf 'n ander planeet se atmosfeer terug te gee. Die kapsule het temperatuur, druk, digtheid gemeet en 11 outomatiese chemiese eksperimente gedoen om die atmosfeer te ontleed. Dit het ontdek dat die atmosfeer van Venus 95% koolstofdioksied (CO
2 ), en in kombinasie met radio okkultasie data van die Mariner 5 sonde, het getoon dat die oppervlakdruk baie groter was as wat verwag is (75 tot 100 atmosfeer).

Hierdie resultate is bevestig en verfyn deur die Venera 5 en Venera 6 in Mei 1969. Maar tot dusver het nog geen van hierdie missies die oppervlak bereik terwyl dit nog uitgesaai is nie. Venera 4 'se battery het opraak terwyl dit stadig deur die massiewe atmosfeer gedryf het, en Venera 5 en 6 is deur hoë druk 18 km (60 000 voet) bo die oppervlak verpletter.

Die eerste suksesvolle landing op Venus was deur Venera 7 op 15 Desember 1970 - die eerste suksesvolle sagte (nie-neerstortende) landing op 'n ander planeet, asook die eerste suksesvolle oordrag van data vanaf 'n ander planeet se oppervlak na die Aarde. [18] [19] Venera 7 23 minute in kontak met die aarde gebly en die oppervlaktemperature van 455 ° C tot 475 ° C (855 ° F tot 885 ° F) herlei. Venera 8 het op 22 Julie 1972 geland. Behalwe druk- en temperatuurprofiele, het 'n fotometer getoon dat die wolke van Venus 'n laag vorm wat meer as 35 kilometer bo die oppervlak eindig. Die gammastraal-spektrometer het die chemiese samestelling van die kors geanaliseer.

Lander / wentelpare Redigeer

Venera 9 en 10 Edit

Die Sowjet-sonde Venera 9 het op 22 Oktober 1975 'n baan binnegegaan en die eerste kunsmatige satelliet van Venus geword. 'N Battery kameras en spektrometers het inligting oor die wolke, ionosfeer en magnetosfeer van die planeet teruggestuur, asook die uitvoering van bi-statiese radarmetings van die oppervlak. Die 660 kg (1.455 lb) afdraande voertuig [21] geskei van Venera 9 en land, neem die eerste foto's van die oppervlak en analiseer die kors met 'n gammastraal-spektrometer en 'n densitometer. Gedurende die afkoms is druk-, temperatuur- en fotometriese metings gedoen, asook meting van agterstrooiing en meervoudige verstrooiing (nefelometer) van wolkdigtheid. Daar is ontdek dat die wolke van Venus in drie verskillende lae gevorm word. Op 25 Oktober Venera 10 aangekom en 'n soortgelyke studieprogram uitgevoer.

Pioneer Venus Edit

In 1978 stuur NASA twee Pionier ruimtetuig na Venus. Die Pionier missie bestaan ​​uit twee komponente wat afsonderlik geloods is: 'n wentelbaan en 'n multiprobe. Die Pioneer Venus Multiprobe het een groot en drie klein atmosferiese sondes gedra. Die groot sonde is op 16 November 1978 vrygestel en die drie klein sondes op 20 November. Al vier sondes het op 9 Desember die Venusiese atmosfeer binnegegaan, gevolg deur die afleweringsvoertuig. Alhoewel daar nie na verwagting die afdraand deur die atmosfeer sou oorleef nie, het een sonde 45 minute voortgeduur nadat dit die oppervlak bereik het. Die Pionier Venus Orbiter is op 4 Desember 1978 in 'n elliptiese baan om Venus geplaas. Dit het 17 eksperimente uitgevoer en gewerk totdat die brandstof wat gebruik is om die baan te handhaaf, uitgeput was en die atmosfeer in die ruimtetuig in Augustus 1992 vernietig het.

Verdere Sowjet-missies

Ook in 1978, Venera 11 en Venera 12 verby Venus gevlieg en onderskeidelik op 21 Desember en 25 Desember afgeklim. Die landers het kleurkameras en 'n grondboor en ontleder saamgedra wat ongelukkig nie funksioneer nie. Elke lander het metings gedoen met 'n nefelometer, massaspektrometer, gaschromatograaf en 'n chemiese analiseerder vir wolkdruppels met behulp van röntgenfluoressensie wat onverwags 'n groot hoeveelheid chloor in die wolke, benewens swael, ontdek het. Daar is ook sterk weerligaktiwiteite bespeur.

In 1982 het die Sowjet Venera 13 het die eerste kleurbeeld van Venus se oppervlak gestuur en die röntgenfluoressensie van 'n opgegrawe grondmonster ontleed. Die sonde het 127 minute lank op die planeet se vyandige oppervlak gewerk. Ook in 1982 het die Venera 14 lander bespeur moontlike seismiese aktiwiteit in die aardkors.

In Desember 1984, tydens die verskyning van Halley's Comet, het die Sowjetunie die twee van stapel gestuur Vega sondes na Venus. Vega 1 en Vega 2 het Venus in Junie 1985 teëgekom, en elkeen het 'n lander en 'n heliumballon geïmplementeer. Die lugballon-aerostaat-sondes het onderskeidelik 46 en 60 uur op ongeveer 53 km-hoogte gedryf en ongeveer 1/3 van die aarde rondgery en wetenskaplikes toegelaat om die dinamika van die aktiefste deel van Venus se atmosfeer te bestudeer. Hierdie gemeet windspoed, temperatuur, druk en wolkdigtheid. Meer onstuimigheid en konveksie-aktiwiteit as wat verwag is, is ontdek, insluitend af en toe duikstote van 1 tot 3 km in die dowraft.

Die landingsvoertuie het eksperimente uitgevoer wat fokus op die samestelling en struktuur van die wolkeerosol. Elkeen het 'n ultravioletabsorpsiespektrometer, aërosol-deeltjiegrootte-ontleders en toestelle om aerosolmateriaal te versamel en te analiseer met 'n massaspektrometer, 'n gaschromatograaf en 'n röntgenfluoressensspektrometer. Daar is gevind dat die boonste twee lae wolke swaelsuurdruppels is, maar die onderste laag bestaan ​​waarskynlik uit fosforsuuroplossing. Die kors van Venus is geanaliseer met die grondbooreksperiment en 'n gammastraal-spektrometer. Aangesien die landers geen kameras aan boord gehad het nie, is geen beelde van die oppervlak af teruggestuur nie. Dit sou die laaste sondes wees wat vir dekades op Venus geland het. Die Vega ruimtetuie het nege maande later steeds met Halley se komeet vergader en nog 14 instrumente en kameras vir die missie gebring.

Die Sowjet-Vesta-missie met meer as 'n veelvoud, ontwikkel in samewerking met Europese lande vir realisering in 1991-1994, maar gekanselleer weens die ontbinding van die Sowjetunie, het die lewering van ballonne en 'n klein lander aan Venus ingesluit, volgens die eerste plan.

Orbiters Edit

Venera 15 en 16 Edit

In Oktober 1983, Venera 15 en Venera 16 poolbane om Venus betree het. Die beelde het 'n resolusie van 1–2 kilometer (0,6–1,2 myl), vergelykbaar met die wat deur die beste Aarde-radars verkry is. Venera 15 geanaliseer en die boonste atmosfeer met 'n infrarooi Fourier-spektrometer gekarteer. Van 11 November 1983 tot 10 Julie 1984 het albei satelliete die noordelike derde van die planeet met sintetiese diafragma-radar gekarteer. Hierdie resultate bied die eerste gedetailleerde begrip van die oppervlakgeologie van Venus, insluitend die ontdekking van ongewone massiewe skildvulkane soos koronae en arachnoïede. Venus het geen bewyse van plaattektoniek gehad nie, tensy die noordelike derde van die planeet toevallig 'n enkele plaat was. Die hoogtemetergegewens wat deur die Venera-missies verkry is, het 'n resolusie van vier keer beter gehad as Pionier 's.

Magellan Edit

Op 10 Augustus 1990 het die Amerikaner Magellaan sonde, vernoem na die ontdekkingsreisiger Ferdinand Magellan, het by sy baan om die planeet aangekom en 'n missie begin met gedetailleerde radarkaarte teen 'n frekwensie van 2,38 GHz. [22] Terwyl vorige sondes radar-kaarte met lae resolusie van kontinentgrootte formasies geskep het, Magellaan 98% van die oppervlak gekarteer met 'n resolusie van ongeveer 100 m. Die kaarte wat hieruit voortspruit, is vergelykbaar met foto's van sigbare lig van ander planete, en is steeds die mees gedetailleerde. Magellaan het die wetenskaplike begrip van die geologie van Venus baie verbeter: die sonde het geen tekens van plaattektoniek gevind nie, maar die skaarste aan impakkraters het voorgestel dat die oppervlak relatief jonk was, en dat daar duisende kilometers lawakanale was. Na 'n vierjarige sending, Magellaan, soos beplan, op 11 Oktober 1994 in die atmosfeer gedompel, en sommige dele word vermoedelik op die planeet se oppervlak getref.

Venus Express Edit

Venus Express was 'n missie van die Europese Ruimteagentskap om die atmosfeer en oppervlakkenmerke van Venus vanaf 'n baan te bestudeer. Die ontwerp is gebaseer op ESA's Mars Express en Rosetta missies. Die sonde se hoofdoel was die langtermynwaarneming van die Venusiese atmosfeer, wat volgens die hoop ook sal bydra tot die begrip van die aarde se atmosfeer en klimaat. Dit het ook wêreldwye kaarte van die oppervlaktetemperatuur van Venesië gemaak en gepoog om tekens van lewe op aarde op 'n afstand waar te neem.

Venus Express het op 11 April 2006 suksesvol 'n poolbaan aangeneem. Die sending sou oorspronklik vir twee Venusiese jare (ongeveer 500 Aardae) duur, maar is tot einde 2014 verleng totdat die dryfmiddel uitgeput was. Sommige van die eerste resultate wat voortspruit uit Venus Express bevat bewyse van vorige oseane, die ontdekking van 'n groot dubbele atmosferiese draaikolk by die suidpool en die opsporing van hidroksiel in die atmosfeer.

Akatsuki Edit

Akatsuki is op 20 Mei 2010 deur JAXA gelanseer, en daar is beplan om die Venus-baan in Desember 2010 te betree. Die omwentelingsmanoeuvre het egter misluk en die ruimtetuig is in 'n heliosentriese baan gelaat. Dit is op 7 Desember 2015 op 'n alternatiewe elliptiese wentelbaan geplaas deur sy houdingskontrole-skroewe vir 1233 sekondes af te vuur. [23] Die sonde sal die oppervlak in ultraviolet, infrarooi, mikrogolwe en radio beeld, en soek na bewyse van weerlig en vulkanisme op die planeet. Sterrekundiges wat aan die missie gewerk het, het berig dat hulle 'n moontlike swaartekraggolf opspoor wat in Desember 2015 op die planeet Venus plaasgevind het. [24]

Onlangse flybys Edit

Verskeie ruimtesondes op pad na ander bestemmings het vlieëvliegtuie van Venus gebruik om hul spoed te verhoog deur middel van die swaartekragmetode. Dit sluit die Galileo missie na Jupiter en die Cassini – Huygens missie na Saturnus (twee vlieëvliegtuie). Nogal nuuskierig, tydens Cassini 's ondersoek na die radiofrekwensie-uitstoot van Venus met sy radio- en plasmagolfwetenskaplike instrument tydens die 1998- en 1999-vliegreis, het dit geen hoëfrekwensie-radiogolwe (0.125 tot 16 MHz) gerapporteer nie, wat gewoonlik met weerlig gepaard gaan. Dit was in direkte opposisie met die bevindinge van die Sowjet Venera missies 20 jaar vroeër. Daar is gepostuleer dat, miskien as Venus weerlig gehad het, dit 'n soort lae frekwensie elektriese aktiwiteit kan wees, omdat radioseine nie die ionosfeer kan binnedring met frekwensies van minder as 1 megahertz nie. Aan die Universiteit van Iowa het Donald Gurnett se ondersoek na Venus se radiovrystellings deur die Galileo ruimtetuie tydens sy vlieg in 1990 is destyds geïnterpreteer as tekenend van weerlig. Maar die Galileo sonde was meer as 60 keer verder van Venus as Cassini was tydens sy verbyvlug, wat sy opmerkings aansienlik minder beduidend gemaak het. Die raaisel of Venus wel weerlig in sy atmosfeer het, is eers in 2007, toe die wetenskaplike tydskrif opgelos is, opgelos. Aard het 'n reeks artikels gepubliseer waarin die aanvanklike bevindings van Venus Express. Dit het die teenwoordigheid van weerlig op Venus bevestig en dat dit meer gereeld op Venus voorkom as op aarde. [25] [26]

BOODSKAPPER Venus het twee keer verbygegaan op pad na Mercurius. Die eerste keer vlieg dit op 24 Oktober 2006 verby en verby 3000 km vanaf Venus. Aangesien die aarde aan die ander kant van die son was, is geen data aangeteken nie. [27] Die tweede verbyvlug was op 6 Julie 2007, waar die ruimtetuig slegs 325 km van die wolktoppe verbygery het. [28]


Inhoud

Infrarooi spektroskopie benut die feit dat molekules frekwensies absorbeer wat kenmerkend is van hul struktuur. Hierdie absorpsies kom voor by resonansfrekwensies, dit wil sê die frekwensie van die geabsorbeerde straling stem ooreen met die vibrasiefrekwensie. Die energieë word beïnvloed deur die vorm van die molekulêre potensiële energie-oppervlaktes, die massas van die atome en die gepaardgaande vibroniese koppeling.

Met name in die Born-Oppenheimer en harmoniese benaderings, dws wanneer die molekulêre Hamilton wat ooreenstem met die elektroniese grondtoestand benader kan word deur 'n harmoniese ossillator in die omgewing van die ewewig molekulêre meetkunde, word die resonansfrekwensies geassosieer met die normale vibrasiemetodes wat ooreenstem met die molekulêre elektroniese aardtoestand se potensiële energieoppervlak. Die resonansfrekwensies hou ook verband met die sterkte van die binding en die massa van die atome aan weerskante daarvan. Die frekwensie van die vibrasies word dus geassosieer met 'n bepaalde normale bewegingswyse en 'n bepaalde bindingstipe.

Aantal vibrasie-wysigings

Om 'n vibrasie-modus in 'n monster "IR-aktief" te kan maak, moet dit geassosieer word met veranderinge in die dipoolmoment. 'N Permanente dipool is nie nodig nie, aangesien die reël slegs 'n verandering in dipoolmoment vereis. [2]

'N Molekule kan op baie maniere vibreer, en elke manier word a genoem vibrasie-modus. Vir molekules met N aantal atome het lineêre molekules 3N - 5 grade vibrasie-modusse, terwyl nie-lineêre molekules 3 hetN - 6 grade van vibrasie-modusse (ook genoem vibrasies van vryheid). As voorbeeld H2O, 'n nie-lineêre molekule, het 3 × 3 - 6 = 3 grade van vibrasievryheid, of modi.

Eenvoudige diatomiese molekules het net een binding en slegs een vibrasieband. As die molekule simmetries is, bv. N2, word die band nie in die IR-spektrum waargeneem nie, maar slegs in die Raman-spektrum. Asimmetriese diatomiese molekules, bv. CO, absorbeer in die IR-spektrum. Meer komplekse molekules het baie bindings, en hul vibrasiespektra is dienooreenkomstig meer kompleks, dit wil sê groot molekules het baie pieke in hul IR-spektra.

Die atome in 'n CH2X2 groep, wat algemeen in organiese verbindings voorkom en waar X enige ander atoom kan voorstel, kan op nege verskillende maniere vibreer. Ses van hierdie vibrasies behels slegs die CH2 porsie: twee strek modusse (ν): simmetriess) en antisimmetriesas) en vier buig modusse: skêr (δ), wieg (ρ), swaai (ω) en draai (τ), soos hieronder getoon. Strukture wat nie die twee addisionele X-groepe aangeheg het nie, het minder modusse, want sommige modusse word gedefinieer deur spesifieke verwantskappe met die ander aangehegte groepe. Byvoorbeeld, in water bestaan ​​die skommel-, swaai- en draai-modus nie, omdat hierdie tipe bewegings van die H-atome 'n eenvoudige rotasie van die hele molekule verteenwoordig, eerder as vibrasies daarin. In die geval van meer komplekse molekules, buite die vliegtuig (γ) vibrasie-modusse kan ook voorkom. [3]

Hierdie figure verteenwoordig nie die "terugslag" van die C-atome nie, alhoewel dit noodwendig teenwoordig is om die algehele bewegings van die molekule te balanseer, baie kleiner is as die bewegings van die ligter H-atome.

Die eenvoudigste en belangrikste of fundamenteel IR-bande ontstaan ​​uit die opwekking van normale modusse, die eenvoudigste vervorming van die molekule, vanaf die grondtoestand met vibrasie-kwantumgetal v = 0 tot die eerste opgewekte toestand met vibrasie-kwantumgetal v = 1. In sommige gevalle word oortoonbande waargeneem. 'N Oortoonband ontstaan ​​deur die absorpsie van 'n foton wat lei tot 'n direkte oorgang van die grondtoestand na die tweede opgewekte vibrasietoestand (v = 2). So 'n band vertoon ongeveer twee keer die energie van die fundamentele band vir dieselfde normale modus. Sommige opwinding, sg kombinasiemodusse, behels gelyktydige opwinding van meer as een normale modus. Die verskynsel van Fermi-resonansie kan ontstaan ​​as twee modusse dieselfde in energie is. Fermi-resonansie lei tot 'n onverwagte verskuiwing in energie en intensiteit van die bande, ens. aanhaling nodig ]

Sodat lig golf-eienskappe kan hê, kan dit aan die hand van die golfoptika en verspreidingsteorie getoon word dat die Beer-Lambert-benadering goed werk as 'n materiaal slegs absorpsies oor die hele spektrum en / of 'n digtheid onder die kondensasie het. fase. As dit nie die geval is nie, kan bande hul vorm sowel as hul piekintensiteit verander en verander. In sulke gevalle is die gebruik van 'n golfoptiese benadering raadsaam. [4]

Die infrarooi spektrum van 'n monster word aangeteken deur 'n straal infrarooi lig deur die monster te lei. As die frekwensie van die IR dieselfde is as die trillingsfrekwensie van 'n binding of die versameling van bindings, vind absorpsie plaas. Ondersoek van die oordraagbare lig toon aan hoeveel energie by elke frekwensie (of golflengte) opgeneem is. Hierdie meting kan bereik word deur die golflengtebereik met behulp van 'n monochromator te skandeer. Alternatiewelik word die hele golflengtebereik met behulp van 'n Fourier-transformasie-instrument gemeet en dan word 'n transmissie- of absorbansspektrum gegenereer volgens 'n toegewyde prosedure.

Hierdie tegniek word algemeen gebruik vir die ontleding van monsters met kovalente bindings. Eenvoudige spektra word verkry uit monsters met min IR-aktiewe bindings en hoë suiwerheidsvlakke. Meer komplekse molekulêre strukture lei tot meer absorpsiebande en meer komplekse spektra.

Voorbereiding van voorbeelde Wysig

Gasmonsters Wysig

Gasvormige monsters benodig 'n monstersel met 'n lang padlengte om die verdunning te vergoed. Die padlengte van die monstersel hang af van die konsentrasie van die verbinding van belang. 'N Eenvoudige glasbuis met 'n lengte van 5 tot 10 cm, toegerus met infrarooi-deursigtige vensters aan beide kante van die buis, kan gebruik word vir konsentrasies tot 'n paar honderd dpm. Monstergaskonsentrasies ver onder ppm kan gemeet word met 'n White-sel waarin die infrarooi lig met spieëls gelei word om deur die gas te beweeg. White se selle is beskikbaar met optiese baanlengte vanaf 0,5 m tot honderd meter.

Vloeibare monsters Wysig

Vloeibare monsters kan tussen twee plate sout geplaas word (gewoonlik natriumchloried of gewone sout, hoewel 'n aantal ander soute soos kaliumbromied of kalsiumfluoried ook gebruik word). [5] Die plate is deursigtig vir die infrarooi lig en voer geen lyne in die spektra nie.

Soliede monsters Wysig

Vaste monsters kan op verskillende maniere voorberei word. Een algemene metode is om die monster met 'n olierige glansmiddel (gewoonlik minerale olie Nujol) te verpletter. 'N Dun film van die mol word op soutplate aangebring en gemeet. Die tweede metode is om 'n hoeveelheid van die monster fyn te maal met 'n spesiaal gesuiwerde sout (gewoonlik kaliumbromied) (om verspreidingseffekte van groot kristalle te verwyder). Hierdie poeiermengsel word dan in 'n meganiese pers gedruk om 'n deurskynende korrel te vorm waardeur die straal van die spektrometer kan beweeg. [5] 'n Derde tegniek is die 'cast film'-tegniek, wat hoofsaaklik vir polimeer materiale gebruik word. Die monster word eers opgelos in 'n geskikte, nie-higroskopiese oplosmiddel. 'N Druppel van hierdie oplossing word op die oppervlak van die KBr- of NaCl-sel neergelê. Die oplossing word dan drooggemaak en die film wat op die sel gevorm word, direk ontleed. Sorg is belangrik om te verseker dat die film nie te dik is nie, anders kan lig nie deurgaan nie. Hierdie tegniek is geskik vir kwalitatiewe analise. Die laaste metode is om mikrotomie te gebruik om 'n dun film (20-100 μm) uit 'n vaste monster te sny. Dit is een van die belangrikste maniere om mislukte plastiekprodukte te ontleed, byvoorbeeld omdat die integriteit van die vaste stof behoue ​​bly.

In foto-akoestiese spektroskopie is die behoefte aan monsterbehandeling minimaal. Die monster, vloeibaar of solied, word in die monsterbeker geplaas wat in die foto-akoestiese sel geplaas word wat dan vir die meting verseël word. Die monster kan bestaan ​​uit een soliede stuk, poeier of in enige vorm vir die meting. 'N Stuk rots kan byvoorbeeld in die monsterbeker ingevoeg word en die spektrum daaruit gemeet word.

Vergelyk met 'n verwysing Wysig

Dit is tipies om die spektrum van beide die monster en 'n "verwysing" op te neem. Hierdie stap beheer vir 'n aantal veranderlikes, bv. infrarooi detector, wat die spektrum kan beïnvloed. Die verwysingsmeting maak dit moontlik om die instrumentinvloed uit te skakel.

Die toepaslike "verwysing" hang af van die meting en die doel daarvan. Die eenvoudigste verwysingsmeting is om die monster eenvoudig te verwyder (deur die lug te vervang). Soms is 'n ander verwysing nuttiger. As die monster byvoorbeeld 'n verdunde opgeloste stof is wat in 'n beker opgelos is, kan 'n goeie verwysingsmeting wees om suiwer water in dieselfde beker te meet. Dan sal die verwysingsmeting nie net alle instrumentele eienskappe (soos die ligbron wat gebruik word) uit die weg ruim nie, maar ook die ligabsorberende en ligweerkaatsende eienskappe van die water en die beker, en die finale resultaat wys net die eienskappe van die opgeloste stof (ten minste ongeveer).

'N Algemene manier om met 'n verwysing te vergelyk, is opeenvolgend: meet eers die verwysing, vervang dan die verwysing deur die steekproef en meet die steekproef. Hierdie tegniek is nie heeltemal betroubaar as die infrarooi lamp 'n bietjie helderder is tydens die verwysingsmeting nie, en dan 'n bietjie dowwer tydens die steekproefmeting, sal die meting verdraai word. Meer uitgebreide metodes, soos 'n "tweestraal" -opstelling (sien figuur), kan hierdie tipe effekte regstel om baie akkurate resultate te lewer. Die standaard-toevoegingsmetode kan gebruik word om hierdie foute statisties te kanselleer.

Nietemin, onder verskillende absorpsiegebaseerde tegnieke wat gebruik word vir die opsporing van gasvormige spesies, kan Cavity ring-down spectroscopy (CRDS) as kalibrasievrye metode gebruik word. Die feit dat CRDS gebaseer is op die metings van fotonleeftye (en nie die laserintensiteit nie) maak dit onnodig vir enige kalibrasie en vergelyking met 'n verwysing [6]

FTIR Wysig

Fourier transform infrarooi (FTIR) spektroskopie is 'n meettegniek waarmee 'n mens infrarooi spektra kan opneem. Infrarooi lig word deur 'n interferometer gelei en dan deur die monster (of andersom). 'N Bewegende spieël binne die apparaat verander die verspreiding van infrarooi lig wat deur die interferometer gaan. Die sein wat direk opgeneem word, 'interferogram' genoem, stel die liguitset voor as 'n funksie van die spieëlposisie. 'N Dataverwerkingstegniek genaamd Fourier-transform verander hierdie onbewerkte data in die gewenste resultaat (spektrum van die steekproef): liguitset as 'n funksie van infrarooi golflengte (of ekwivalent, golfgetal). Soos hierbo beskryf, word die spektrum van die steekproef altyd met 'n verwysing vergelyk.

'N Alternatiewe metode vir die verkryging van spectra is die "dispersive" of "scanning monochromator" metode. In hierdie benadering word die monster opeenvolgend met verskillende enkele golflengtes bestraal. Die verspreidingsmetode kom meer voor in UV-Vis-spektroskopie, maar is minder prakties in die infrarooi as die FTIR-metode. Een van die redes waarom FTIR die voorkeur geniet, word 'Fellgett's voordeel' of 'multiplexvoordeel' genoem: die inligting by alle frekwensies word gelyktydig versamel, wat die snelheid en sein-ruis-verhouding verbeter. 'N Ander word' Jacquinot's Throughput Advantage 'genoem: 'n Verspreide meting vereis dat baie laer ligvlakke opgespoor word as 'n FTIR-meting. [7] Daar is ander voordele, sowel as enkele nadele, [7] maar feitlik alle moderne infrarooi spektrometers is FTIR-instrumente.

Infrarooi mikroskopie Wysig

Ander metodes in molekulêre vibrasiespektroskopie

Infrarooi spektroskopie is nie die enigste metode om molekulêre vibrasiespektra te bestudeer nie. Raman-spektroskopie behels 'n onelastiese verstrooiingsproses waarin slegs 'n deel van die energie van 'n invallende foton deur die molekule geabsorbeer word, en die oorblywende deel verstrooi en opgespoor word. Die energieverskil stem ooreen met geabsorbeerde vibrasie-energie.

Die keuringsreëls vir infrarooi en Raman-spektroskopie verskil ten minste vir sommige molekulêre simmetrieë, sodat die twee metodes aanvullend is omdat hulle vibrasies van verskillende simmetrieë waarneem.

'N Ander metode is elektronenergieverlies-spektroskopie (EELS), waarin die geabsorbeerde energie deur 'n onelasties verspreide elektron, eerder as 'n foton, voorsien word. Hierdie metode is handig om vibrasies van molekules geadsorbeer op 'n vaste oppervlak te bestudeer.

Onlangs het hoë resolusie EELS (HREELS) na vore gekom as 'n tegniek om vibrasiespektroskopie in 'n transmissie-elektronmikroskoop (TEM) uit te voer. [11] In kombinasie met die hoë ruimtelike resolusie van die TEM is ongekende eksperimente uitgevoer, soos nano-skaal temperatuurmetings, [12] [13] kartering van isotop gemerkte molekules, [14] kartering van fononmodusse in posisie- en momentum-ruimte, [15] [16] trillingsoppervlak- en bulkmodus-kartering op nanokubusse, [17] en ondersoeke na polariton-modusse in van der Waals-kristalle. [18] Analise van vibrasie-modusse wat IR-onaktief is, maar in Inelastiese Neutronverspreiding voorkom, is ook moontlik met hoë ruimtelike resolusie met behulp van EELS. [19] Alhoewel die ruimtelike resolusie van HREELs baie hoog is, is die bande baie breed in vergelyking met ander tegnieke. [11]

Berekenings-infrarooi-mikroskopie Wysig

Deur rekenaarsimulasies en normale modus-analise te gebruik, is dit moontlik om teoretiese frekwensies van molekules te bereken. [20]

IR-spektroskopie word dikwels gebruik om strukture te identifiseer, want funksionele groepe gee kenmerkende bande aan beide die intensiteit en posisie (frekwensie). Die posisies van hierdie bande word opgesom in korrelasietabelle soos hieronder getoon.

Streke wysig

'N Spektrograaf word dikwels geïnterpreteer met twee streke. [21]

In die funksionele streek is daar een tot 'n paar bakke per funksionele groep. [21]

In die vingerafdrukgebied is daar baie bakke wat 'n ingewikkelde patroon vorm wat soos 'n vingerafdruk gebruik kan word om die verbinding te bepaal. [21]

Das se reël Wysig

Vir baie soorte monsters is die opdragte bekend, dit wil sê watter vervorming (e) van die binding word geassosieer met watter frekwensie. In sulke gevalle kan verdere inligting verkry word oor die sterkte van 'n band, afhangende van die empiriese riglyn wat genoem word Das se Reël. Oorspronklik gepubliseer deur Richard McLean Badger in 1934, [22] bepaal hierdie reël dat die sterkte van 'n binding (in terme van kragkonstante) korreleer met die bindingslengte. Dit wil sê, toename in bindingssterkte lei tot ooreenstemmende verkorting van die binding en andersom.

Infrarooi spektroskopie is 'n eenvoudige en betroubare tegniek wat algemeen gebruik word in beide organiese en anorganiese chemie, in navorsing en industrie. Dit word gebruik in kwaliteitsbeheer, dinamiese metings en moniteringstoepassings, soos die langtermyn onbewaakte meting van CO2 konsentrasies in kweekhuise en groeikamers deur infrarooi gasontleders.

Dit word ook gebruik in forensiese ontledings in sowel strafregtelike as siviele sake, byvoorbeeld in die identifisering van polimeeragteruitgang. Dit kan gebruik word om die bloedalkoholinhoud van 'n vermeende dronk bestuurder te bepaal.

IR-spektroskopie is suksesvol gebruik in die analise en identifikasie van pigmente in skilderye [23] en ander kunsvoorwerpe [24] soos verligte manuskripte. [25]

'N Handige manier om vaste monsters te ontleed sonder om monsters te sny, gebruik ATR of verswakte totale weerkaatsingsspektroskopie. Met behulp van hierdie benadering word monsters teen die gesig van 'n enkele kristal gedruk. Die infrarooi bestraling gaan deur die kristal en werk slegs met die monster in wisselwerking tussen die twee materiale.

Met toenemende tegnologie in rekenaarfiltrering en manipulering van die resultate, kan monsters in oplossing nou akkuraat gemeet word (water produseer 'n breë absorbering oor die interessantheid en maak dus die spektra onleesbaar sonder hierdie rekenaarbehandeling).

Sommige instrumente identifiseer ook outomaties die stof wat gemeet word uit 'n opslag van duisende verwysingsspektra wat gestoor word.

Infrarooi spektroskopie is ook nuttig om die mate van polimerisasie in die vervaardiging van polimeer te meet. Veranderings in die karakter of hoeveelheid van 'n spesifieke binding word beoordeel deur op 'n spesifieke frekwensie oor tyd te meet. Moderne navorsingsinstrumente kan so gereeld as 32 keer per sekonde infrarooi metings meet. Dit kan gedoen word terwyl gelyktydige metings met behulp van ander tegnieke gedoen word. Dit maak die waarneming van chemiese reaksies en prosesse vinniger en akkurater.

Infrarooi spektroskopie is ook suksesvol gebruik in die veld van halfgeleier mikro-elektronika: [26] byvoorbeeld, infrarooi spektroskopie kan toegepas word op halfgeleiers soos silikon, galliumarsenied, galliumnitried, sinkselenide, amorfe silikon, silikonnitrid, ens.

'N Ander belangrike toepassing van infrarooi spektroskopie is in die voedselindustrie om die konsentrasie van verskillende verbindings in verskillende voedselprodukte te meet [27] [28]

Die instrumente is nou klein en kan vervoer word, selfs vir gebruik in veldproewe.

Infrarooi spektroskopie word ook gebruik in gaslekopsporingstoestelle soos die DP-IR en EyeCGA's. [29] Hierdie toestelle ontdek koolwaterstofgaslekkasies tydens die vervoer van natuurlike gas en ru-olie.

In Februarie 2014 kondig NASA 'n baie verbeterde databasis aan, gebaseer op IR-spektroskopie, vir die opsporing van polisikliese aromatiese koolwaterstowwe (PAH's) in die heelal. Volgens wetenskaplikes kan meer as 20% van die koolstof in die heelal geassosieer word met PAH's, moontlike uitgangsmateriaal vir die vorming van lewe. Dit lyk asof PAH's kort na die oerknal gevorm is, dit is wydverspreid in die heelal en word geassosieer met nuwe sterre en eksoplanete. [31] Infrarooi spektroskopie is 'n belangrike ontledingsmetode in die herwinningsproses van plastiek vir huishoudelike afval, en 'n maklike afskakelmetode om plastiek van verskillende polimere (PET, HDPE,.) Te sorteer. [32]

Onlangse ontwikkelinge sluit in 'n miniatuur IR-spektrometer wat gekoppel is aan 'n wolk-gebaseerde databasis en geskik is vir persoonlike alledaagse gebruik, [33] en NIR-spektroskopiese skyfies [34] wat in slimfone en verskillende toestelle ingebed kan word.

Die verskillende isotope in 'n spesifieke spesie kan verskillende fyn besonderhede in infrarooi spektroskopie vertoon. Die O – O-rekfrekwensie (in wederkerige sentimeter) van oxyhemocyanin word byvoorbeeld eksperimenteel bepaal op onderskeidelik 832 en 788 cm −1 vir ν (16 O– 16 O) en ν (18 O– 18 O).

Deur die O-O-binding as 'n veer te beskou, kan die frekwensie van die absorbansie bereken word as 'n golfgetal [= frekwensie / (snelheid van die lig)]

waar k is die veerkonstante vir die band, c is die snelheid van die lig, en μ is die verminderde massa van die A – B-stelsel:

Die verminderde massas vir 16 O - 16 O en 18 O - 18 O kan benader word as onderskeidelik 8 en 9. Dus

Daar is gevind dat die effek van isotope op die vibrasie en die vervaldinamika sterker is as wat voorheen gedink is. In sommige stelsels, soos silikon en germanium, behels die verval van die antisimmetriese rekmodus van interstisiële suurstof die simmetriese rekmodus met 'n sterk afhanklikheid van die isotoop. Daar is byvoorbeeld aangetoon dat die lewensduur van die antisimmetriese vibrasie vir 'n natuurlike silikonmonster 11,4 ps is. Wanneer die isotoop van een van die silikonatome verhoog word tot 29 Si, verhoog die leeftyd tot 19 ps. Op soortgelyke wyse word die leeftyd 27 ps wanneer die silikonatoom in 30 Si verander word. [35]

Tweedimensionele infrarooi korrelasie spektroskopie-analise kombineer verskeie monsters van infrarooi spektra om meer komplekse eienskappe te openbaar. Deur die spektrale inligting van 'n versteurde monster uit te brei, word die spektrale analise vereenvoudig en die resolusie verbeter. Die 2D sinchrone en 2D asynchrone spektra verteenwoordig 'n grafiese oorsig van die spektrale veranderinge as gevolg van 'n versteuring (soos 'n veranderende konsentrasie of veranderende temperatuur) asook die verband tussen die spektrale veranderinge by twee verskillende golfgetalle.

Nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie [36] [37] is die infrarooi weergawe van korrelasiespektroskopie. Nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie is 'n tegniek wat beskikbaar geword het met die ontwikkeling van femtosekonde infrarooi laserpulse. In hierdie eksperiment word eers 'n stel pomppulse op die monster toegepas. Dit word gevolg deur 'n wagtyd waartydens die stelsel toegelaat word om te ontspan. Die tipiese wagtyd duur van nul tot verskeie pikosekondes, en die tydsduur kan beheer word met 'n resolusie van tien femtosekondes. 'N Sondepuls word dan toegepas, wat 'n sein van die monster afgee. Die nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektrum is 'n tweedimensionele korrelasie plot van die frekwensie ω1 wat opgewonde was deur die aanvanklike pomppulse en die frekwensie ω3 opgewonde deur die sonde pols na die wagtyd. Dit maak die waarneming van die koppeling tussen verskillende vibrasiemodusse moontlik vanweë sy uiters fyn tydsresolusie, en kan dit gebruik word om die molekulêre dinamika op 'n pikosekonde tydskaal te monitor. Dit is steeds 'n grootliks onontginde tegniek en word toenemend gewild vir fundamentele navorsing.

Soos met tweedimensionele kernmagnetiese resonansie (2DNMR) spektroskopie, versprei hierdie tegniek die spektrum in twee dimensies en maak dit moontlik om dwarspieke waar te neem wat inligting bevat oor die koppeling tussen verskillende modusse. In teenstelling met 2DNMR, behels nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie ook die opwinding tot botoon. Hierdie eksitasies lei tot absorpsiepieke in opgewekte toestand wat onder die diagonale en dwarspieke geleë is. In 2DNMR word gereeld gebruik gemaak van twee verskillende tegnieke, COZY en NOESY. Die dwarspieke in die eerste is verwant aan die skalaarkoppeling, terwyl die laasgenoemde verband hou met die spinoordrag tussen verskillende kerne. In nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie is analoë gebruik vir hierdie 2DNMR-tegnieke. Nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie met nul wagtyd stem ooreen met COZY, en nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie met 'n beperkte wagtyd wat vibrasie-populasie-oordrag moontlik maak, stem ooreen met NOESY. Die COZY-variant van nie-lineêre tweedimensionele infrarooi spektroskopie is gebruik vir die bepaling van die sekondêre struktuurinhoud van proteïene. [38]


Galaktiese struktuur en evolusie

III.G X-straalemissie

Soos vroeër opgemerk, stuur alle sterrestelsels X-straalstraling van hul sterrekomponente uit - X-straal-binaries, ster-chromosfere, jong supernova-oorblyfsels, neutronsterre, ens. Meer massiewe voorwerpe, veral elliptiese sterrestelsels, is onlangs deur Forman en Jones gevind met die Einstein X-straalsterrewag met X-straalstrale, waarskynlik van warm gas. 'N Klein klas van die massiefste elliptiese sterrestelsels wat gewoonlik in die middelpunte van ryk sterrestelsels voorkom, blyk ook gas uit die omliggende sterrestelselgroep te versamel. Dit word gesien as 'n koeler X-straalemissie wat gesentreer is op die helderste sterrestelsel wat in die middel van die warm trosgas sit. Hierdie verskynsel word 'n "verkoelingsvloei" genoem en ontstaan ​​wanneer die warm trosgas op 'n massiewe voorwerp ineenstort en dig genoeg word om doeltreffend af te koel. Hierdie proses word bewys deur sterk optiese emissielyne sowel as radio-emissie. Verkoelingsvloei kan plekke wees van die vorming van lae massa in die middelpunte van sterrestelsels.

Aktiewe galaktiese kerne — Seyfert 1 en 2 sterrestelsels (ontdek deur C. Seyfert in 1943), en kwasars is gewoonlik ook sterk X-straalstralers, hoewel die meerderheid nie sterk radiobronne. Die X-straal-uitstoot in hierdie sterrestelsels is ook nie-termies en is waarskynlik óf direkte sinchrotron-uitstoot óf sinchrotron-self-Compton-emissie.


Een van die opvallende kenmerke van die Venus-atmosfeer is die tydelike veranderlikheid en dinamika, met 'n chaotiese poolwervel, grootskaalse atmosferiese golwe, afgeskeurde kenmerke en veranderlike winde wat afhang van plaaslike tyd en moontlik orografiese kenmerke. Die doel van hierdie navorsing is om data wat oor 'n paar jaar opgebou is, te kombineer en 'n wêreldwye gemiddelde toestand van die atmosfeer te verkry wat fokus op die globale struktuur van die wolke met behulp van die wolkdeursigtigheid en die hoogste wolktemperature.

Ons het die eerste keer wêreldkaarte vervaardig met behulp van die geïntegreerde straling deur middel van die infrarooi atmosfeervensters rondom 1,74 μm en 2,25 μm, wat die ruimtelike variasies van die wolkdeursigtigheid in die onderste wolke rondom 44-48 km hoogte toon en ook 'n indirekte skatting van die moontlike deeltjiegrootte. Ons het ook soortgelyke globale kaarte vervaardig met behulp van die helderheidstemperatuur wat in die termiese gebied op 3,8 μm en 5,0 μm gesien word, wat 'n direkte aanduiding gee van die temperature bo-aan die wolke rondom 60-70 km hoogte.

Hierdie kaarte is gegenereer met behulp van die volledige datastel van die Visible and InfraRed Thermal Imaging Spectrometer-karteringskanaal (VIRTIS-M) aan boord van Venus Express, met 'n wye ruimtelike en lang tydelike dekking in die tydperk vanaf Mei 2006 tot Oktober 2008.

Ons resultate bied 'n globale oorsig van die wolkdeursigtigheid, deeltjiegrootte en boonste wolktemperature op beide hemisfere, wat die belangrikste verskillende dinamiese streke van die planeet toon. Die profiele wat verkry word, bied ook die gedetailleerde afhanklikhede met breedtegraad, plaaslike tyd en lengte, diagnose van die wêreldwye sirkulasievloei en dinamika op verskillende hoogtes, vanaf ongeveer 44 tot 70 km oor die oppervlak.


Kruisstreekse koppeling

7.4 Elektriese koppeling tussen die ringstroom en ionosfeer

Die magnetosfeer-ionosfeer is 'n gekoppelde stelsel omdat hulle deur dieselfde magneetveldlyne geryg word. Onder die aanname dat veldlyne perfekte geleiers is, sal enige veranderinge in die ionosferiese potensiaal in die magnetosfeer versprei en andersom. Die geleidende eienskap van veldlyne laat strome vloei tussen die ionosfeer en magnetosfeer (sien Figuur 1.2 in hierdie boek). Hierdie veldgerigte strome is noodsaaklik vir die uitruil van energie en momentum tussen hierdie streke. Soos getoon in Afdeling 7.2, kan die veldgerigte stroom afgelei word deur die aanname: ∇ · J = ∇ · J ⊥ + J | | = 0. Vasyliunas (1970) het die formule van J | afgelei | soos:

waar ξ = 1 + μ o P ⊥ - P | | / B 2. Om die totaal te kry J|| in of uit die ionosfeer, J||i, integreer 'n mens net die regterkant van (7.4) langs die veldlyn tussen die twee magneties gekonjugeerde ionosfere. Die veldgerigte stroom moet in die ionosfeer gesluit word, waar Ohm se wet van toepassing is. Dit kan bewys word J||i en die ionosferiese potensiaal, Φ, hou verband met (Wolf 1983):

waar Σ ↔ ionosferiese geleidingstensor en Ek is die magnetiese dompelhoek. Die effek van neutrale wind word geïgnoreer. Vgl. (7.5) illustreer dat die gegewe ionosferiese geleiding en veldgerigte stroom die elektriese potensiaalverspreiding by die ionosfeer opgelos kan word. Hierdie potensiaal word dan volgens veldlyne na die magnetosfeer gekarteer. Die resulterende elektriese veld beheer deeltjie E × B in beide ionosfeer en magnetosfeer en modereer op sy beurt die drukverspreiding in die ringstroom.

Die self-konsekwente koppeling tussen deeltjiedryf, elektriese veld en strome in die binneste magnetosfeer en die ionosfeer is geïmplementeer in simulasiemodelle. Die Rice Convection Model (RCM) is die eerste grootskaalse model van hierdie tipe (Harel et al., 1981 Toffoletto et al., 2003). In die RCM word veronderstel dat isotropiese spitshoekverspreiding is. Deeltjies word geïdentifiseer deur onveranderlike energie (λj), wat verband hou met kinetiese energie (Wi) en veldbuisvolume per magnetiese vloed eenheid (V) as λj = Wj · V 2/3. Wolf (1983) het getoon dat streek 2 tans, J||i kan bereken word deur:

waar ηi is aantal deeltjies van die tipe j per eenheid magnetiese vloed. Die opsomming is oor alle ringstroomspesies en energie-invariërs. Later is 'n soortgelyke model met die naam Comprehensive Ring Current Model (CRCM) ontwikkel (Fok et al., 2001). Die CRCM beskou anisotropiese hoek van die toonhoogte en deeltjies word geïdentifiseer deur die eerste en die tweede adiabatiese invariërs. Fok et al. (2001) het bewys dat Vgl. (7.5) is ook van toepassing op die anisotropiese geval, waarin die opsomming van alle spesies, eerste en tweede adiabatiese invariërs, is.

Die elektriese veld wat deur die drukstroomgradiënt en die ooreenstemmende streek 2-stroom geskep word, is moontlik nie in lyn met die elektriese veld met 'n hoë breedtegraad wat deur die sonwind opgelê word nie. As gevolg hiervan kan die innerlike magnetosfeer van die eksterne veld afgeskerm word (Jaggi en Wolf, 1973 Stern 1977). Die afskermingseffek kan diep deeltjieindringing voorkom en die ringstroomdruk in plaaslike tyd ooswaarts skuif (Wolf et al., 2007 Fok et al., 2003). Fig.7.4 toon die afskermingseffek op die dinamika van die magnetosferiese deeltjie. Die magnetiese storm op 17–18 Maart 2013 is gesimuleer met behulp van die verbeterde weergawe van die CRCM, genaamd die Comprehensive Inner Magnetosphere-Ionosphere (CIMI) -model (Fok et al., 2014). In een van die CIMI-simulasies is Weimer-elektriese potensiaal (Weimer 2001) gebruik (linkerpanele) en die ander simulasie as 'n selfbestaande elektriese veld met inagneming van M-I-koppeling (Vgl. 7.4–7.5). Die boonste panele toon die L-Time-plotte van 80 keV elektronstrome. Die swart kurwes is Dst tydens die storm. In die erwe, L word gedefinieer deur L = ri/ cos 2 λi, waar ri is ionosfeerafstand in aarde radius en λi is magnetiese breedtegraad by die ionosfeer. Dit word duidelik aangetoon dat, vir hierdie spesifieke geval, met die empiriese Weimer-elektriese veld, energieke elektrone gedurende die hooffase diep aarde binnedring en vasgevang word by lae-L's tot ∼2.5 in die stormherstel. Wanneer 'n selfbestaande elektriese veld toegepas word, is die algehele vloed baie laer en is die sterk vloedgebied beperk L & gt 3. Let op dat energieke protone en elektrone by die CIMI-berekening ingesluit word en dat geen golfdiffusie oorweeg word nie. Om te verstaan ​​waarom die simulasie-resultate van die twee lopies so verskillend is, beeld die middelste panele van Fig. 7.4 die konveksiepotensiaal-kontoere uit die Weimer-model uit en uit die self-konsekwente berekening by 12 UT op 17 Maart 2013, die tyd gemerk deur onder lyne in die boonste paneel. Die Weimer-model voorspel 'n algemeen dagbreek-tot-skemer-elektriese veld met die sterkste veld naby skemer. Die self-konsekwente veld toon 'n skuins oostelike draai van potensiële kontoere naby dagbreek en 'n sub-aurale polariseringsstroom (SAPS) -agtige kenmerk (Foster en Burke, 2002 Foster en Vo, 2002) in die skemer-middernagsektor. Die onderste panele in Fig. 7.4 toon die elektrondryfbane van loodregte hoekhoekdeeltjies met 'n magnetiese moment van 4,7 × 10 7 keV / T ook op 12 UT op 17 Maart 2013. Die deeltjie-energie is 80 keV by die verwysingspunt by 2.6 RE en 06 MLT, gemerk deur 'n rooi sterretjie. Die laaste geslote dryfpad is in rooi uitgelig. Soos in die figuur getoon, is die geslote padstreek kleiner in die Weimer-veld. Die verwysingspunt is op die grens van oopgeslote dryfpaaie. Met selfbestendige konveksie is die verwysingspunt binne die geslote padstreek. In hierdie geval verbied die afskermingseffek die diep aardwaartse vervoer van elektrone vanaf die plasmablad na die verwysingspunt by lae-L-streek. Soortgelyke gevolgtrekking is verkry uit 'n RAM-SCB-E stormsimulasie soos gerapporteer in Yu et al. (2017). Hulle het gevind dat die protonplasma-binnegrens verder van die aarde af geleë is, as 'n selfbestaande elektriese veld gebruik is as met die Weimer-potensiaal.

Figuur 7.4. CIMI-simulasie van die storm van 17 tot 18 Maart 2013. Bovenste panele: L-Time plot van 80 keV elektrone bereken met Weimer-model (links) en die selfbestaande elektriese veld (CIMI) model (reg). Middelpanele: Weimer potensiaal (links) en CIMI potensiaal (reg) aan die ewenaar om 12 UT op 17 Maart 2013. Onderpanele: dryfbane van loodregte elektrone met magnetiese moment 4,7 × 107 keV / T in Weimer (links) en CIMI (reg) elektriese veld. Deeltjie-energie is 80 keV by 2.6 RE en 6.0 MLT (gemerk deur rooi kolletjies). Die rooi kurwes is die laaste geslote dryfpaaie.

In sommige gevalle wanneer die eksterne sonskynveld vinnig afneem, kan die afskermingsveld wat vroeër gevestig is, sterker wees as die eksterne veld. Hierdie toestand word oorbeskerming genoem (Kelley et al., 1979 Wolf et al., 2005). Tydens oorskerming word die elektriese veld in die binneste magnetosfeer skemer-tot-dagbreek gerig in plaas van dagbreek-tot-skemer. Een van die handtekeninge van oorbeskerming is plasmasfeer skouer. Goldstein et al. (2002) ontdek 'n skouervormige bult tydens die plasmapauze van IMAGE EUV-beelde wat op 20 Mei 2000 geneem is. Hulle het dit geïnterpreteer as gevolg van die antisunward-wegdrywing van plasma onder te beskermende toestande.


Working Papers: Astronomy and Astrophysics Panel Reports (1991)

BELANGRIKE PUNTE

Sterrekunde lewer onverwags groot bydraes tot formele en informele wetenskaponderwys, gegewe die klein aantal navorsingssterrekundiges.

Tegnologie-oordrag en afleiding van sterrekunde het belangrike toepassings in medisyne, nywerheid, verdediging, omgewingsmonitering en verbruikersprodukte.

Die mens se siening van sy plek in die wêreld as geheel word sterk beïnvloed deur die resultate van astronomiese navorsing.

Sterrekunde bied buitengewone belowende geleenthede vir internasionale samewerking.

Ander wetenskappe trek voordeel uit sinergistiese interaksies met sterrekunde.

I. INLEIDING

Sterrekunde en astrofisika kon nie in hul huidige vorm in hierdie land bestaan ​​sonder vaste steun van die publiek nie, uitgespreek deur die befondsing van navorsing deur federale en ander agentskappe, publiek en privaat. Die verskaffers van hierdie ondersteuning kan redelikerwys vra wat hulle in ruil vir hul geld kry. Die primêre antwoord is natuurlik wetenskaplike kennis en alles wat dit impliseer. (Om vas te stel hoe die kennis die beste in die toekoms uitgebrei kan word, was die belangrikste taak van die Astronomy and Astrophysics Survey Committee (AASC)). Maar daar is ander, minder voor die hand liggende, opbrengste, en die paneel oor sterrekunde en astrofisika, aangesien die nasionale bates daarvan aangekla is om dit te identifiseer en te dokumenteer.

Dit is nie die bedoeling om te beweer dat hierdie opvoedkundige, kulturele en tegnologiese uitbarstings die enigste of selfs die belangrikste regverdiging vir astronomiese navorsing is nie, maar slegs dat dit 'n werklike deel is van die totale beeld van hoe die wetenskap met die res van die samelewing. Aangesien astronomiese voorwerpe en idees relatief aantreklik is vir nie-wetenskaplikes, blyk dit waarskynlik dat die onderwerp 'n belangrike rol kan speel in die noodsaaklike taak om Amerikaanse leierskap in wetenskap en tegnologie te laat herleef, beide deur jongmense aan te moedig om te oorweeg loopbane in hierdie gebiede en deur wetenskaplike bewustheid onder die algemene publiek te bevorder.

Die hoofstuk oor nasionale bates in deel I van die AASC-verslag bied 'n oorsig van die sinergistiese, opvoedkundige en kulturele bydraes van sterrekunde en astrofisika. Hierdie paneelverslag bevat 'n aantal bykomende voorbeelde en tegniese besonderhede van enkele uitstaande. Ruimte het nie toegelaat dat al die items wat deur die paneel versamel is, ingesluit is nie, of dat die inligting volledig aan die kollegas wat dit verskaf het, gekrediteer is nie, alhoewel ander bydraers as paneellede aan die einde van die hoofstuk gelys word.

II. WETENSKAPONDERWYS EN GELETTERDHEID

Die behoefte aan 'n wetenskaplik gesofistikeerde kieserskorps en hoe ver ons daaraan is om dit te bereik, het die afgelope paar jaar genoeg publisiteit gekry om hier nie verder te verduidelik nie. Maar, van die min wetenskap waaraan die meeste mense blootgestel word - en waaraan hulle verkies om hulself aan astronomie bloot te stel, is 'n verrassende groot deel. Mense wat opgelei is in sterrekunde, vorm ook deel van die algemene tegnologies-opgeleide mannekragpoel.

A. Formele onderwys

1. Kollege-kursusse

Formele sterrekunde-klasse het hul grootste impak op die nie-groot voorgraadse vlak. Die kollege en universiteite met astronomie (of fisika en sterrekunde) het in 1988 1,2 miljoen voorgraadse studente gehad, waarvan 103,300 inleidende sterrekunde (Ellis 1988). Dit beteken dat (geïntegreerd oor 'n gemiddelde kurrikulum van 4,5 jaar) 35-40 persent van die gegradueerdes van hierdie instellings aan hul wetenskaplike breedtevereistes voldoen met sterrekunde, oor die algemeen as hul enigste blootstelling aan fisiese wetenskap. Sterrekundiges maak gewoonlik 5-10 persent uit van die fisiese wetenskaplike fakulteite aan hierdie instellings.

Daar is ook 'n groot vraag na sterrekunde by kolleges sonder 'n afsonderlike afdeling. Die American Astronomical Society ontvang jaarliks ​​meer as 100 versoeke vir besoeke deur navorsingssterrekundiges aan hierdie instellings deur middel van sy Shapley-program. Ongeveer 90 versoeke kan ingevul word. Die hoofdoel is om met klasse en studentegroepe te praat, maar die meeste besoeke sluit 'n openbare lesing en vergaderings met administrateurs goed in (C.R. Tolbert, Universiteit van Virginia, persoonlike kommunikasie 1990). Handboekverkope dui aan dat 'n totaal van 200-250.000 studente per jaar vir 'n sterrekunde-kursus inskryf (M. Zeilik, Universiteit van New Mexico, persoonlike kommunikasie 1990).

Studente verhoog beide hul kennis oor die spesifieke onderwerp en verander hul houding teenoor die wetenskap in die algemeen. 'N Gestandaardiseerde toets, toegedien as deel van die beplanning vir Project STAR (Afdeling II.A.2), toon dat diegene wat 'n inleidende klas voltooi, omtrent soveel sterrekunde ken as die gemiddelde onderwyser in die sekondêre skool. Diegene wat pas met die klas begin, vaar heelwat minder goed en score op ongeveer dieselfde vlak as laerskoolonderwysers.

Die houding teenoor die wetenskap is ondersoek deur 'n anonieme vraelys wat aan voorgraadse studente aan Cornell University, University of Maryland en University of Wisconsin gegee is, aan die einde van een-semesterkursusse. Tabel 1 toon die resultate. Meer as 70 persent van die 1260 studente het gemeld dat hulle van mening is dat wetenskap belangriker is as aan die begin van die semester. Die meerderheid het ook gesê dat hulle meer geneig is om oor wetenskap te lees en vir pro-wetenskaplike kandidate vir politieke amp te stem. Al die persone behalwe 'n paar persent het hul standpunte as onveranderd gerapporteer (sommige het uitdruklik die inligting aangegee dat hulle aanvanklik redelik pro-wetenskaplik was).

Die meeste universiteitsdepartemente bied ook opleiding vir volwassenes en uitbreidingskursusse in sterrekunde aan en rapporteer (byvoorbeeld van UCLA en Harvard) dat dit een van die gewildste en suksesvolste aanbiedinge is.

2. Voorskoolse onderwys en onderwysersopleiding

Na langdurige byna afwesigheid begin sterrekunde weer in die leerplanne vir laerskole en hoërskool verskyn. Die toekennings van die National Science Foundation (NSF) vir astronomie-onderwys in 1989 het twee somerprogramme vir hoërskoolleerlinge ingesluit, elk vir onderwysers in hoërskole, tweejarige kolleges en laerskole en middelbare skole en drie projekte om onderrigmateriaal vir middel- en hoërskole te ontwikkel. Baie ander programme word ondersteun deur skole, kolleges en navorsingsorganisasies. 'N Verteenwoordigende steekproefneming volg.

Die Astronomical Society of the Pacific '' Universe in the Classroom '' een-week-somerslypskool vir opvoeders in graad 3-12 het die afgelope twaalf jaar 2500 alumni gehad. Die Vereniging bied ook 'n katalogus van opvoedkundige materiaal aan ongeveer 250 000 mense wêreldwyd aan. en 'n nuusbrief "Heelal in die klaskamer" gaan na 22 000 onderwysers, met verdere reproduksie deur skooldistrikte en planetariums en vertaling in vyf vreemde tale.

Die Space Telescope Science Institute (StScI) lewer tans sprekers op versoek aan skoolklasse in sy omgewing teen ongeveer een per dag. Sterrekundiges by byna elke universiteit, laboratorium en sterrewag praat gereeld met graad- en hoërskoolklasse en -klubs.

TABEL 1. VERANDERINGE IN STUDENTEHOUDINGS TOT WETENSKAPPE INLEIDENDE ASTRONOMIEKURSUSSE IN EEN SEMESTER

Waarskynlikheid om in die toekoms oor wetenskap te lees

Waarskynlikheid om vir kandidate te stem wat steun vir wetenskaplike navorsing verkies

* Aantal studente wat hierdie mening uitspreek na 'n inleidende astronomiekursus van een semester.

StScI neem ook deel aan (1) 'n somerslypskool vir wetenskaponderwysers wat na verwagting in 1990 ongeveer 300 deelnemers van regoor die land sal hê, (2) verrykingsprogramme vir wetenskaplik geïnteresseerde hoërskoolleerlinge van minderverteenwoordigde minderhede, en (3) produksie van 'n 32-onderrig-televisiereeks vir middelbare skole, wat in Maryland en elders uitgesaai word, wat in die herfs van 1990 begin.

SPICA by die Sentrum vir Astrofisika is 'n buitengewoon sterk aangewese projek waarvan die deelnemers, sekondêre skoolonderwysers, op hul beurt werksessies vir basiese en junior hoëronderwysers in hul tuisdistrikte aanbied.

Die National Radio Astronomy Observatory (NRAO) bied in samewerking met die Universiteit van West Virginia 'n somerwerkswinkel vir hoërskoolonderwysers aan, waarvan die befondsing vir 1990 deur die Claude Worthington Benedum Foundation van NSF oorgeneem word.

Die Naval Research Laboratory (NRL) en ses ander navorsingsinstellings in die Washington gebied bied geleenthede vir ongeveer 100 hoërskoolleerlinge per jaar om betrokke te raak by astronomiese navorsing. Die meeste gaan voort na loopbane in wetenskap en ingenieurswese.

Meer as 500 draagbare Starlab-planetariums (opblaasbare koepels van 16 voet van Learning Technologies, Cambridge, Massachusetts) het ongeveer vyf miljoen skoolkinders bereik (meestal in die vroeëre grade, en wat baie middestad en minderbevoorregte kinders insluit)

By die Thacher School Summer Science-program het ongeveer 1000 studente gedurende die afgelope 30 jaar aan 'n astronomiese navorsingsprojek gewerk (om asteroïedebane van foto's te bepaal en die nodige wiskunde en fisika te bemeester). Alle deelnemers gaan na die universiteit. Ongeveer 37 persent van die gegradueerdes voor 1985 werk nou in wetenskap en medisyne, en 34 persent in ingenieurswese, wiskunde en rekenaarwetenskap (insluitend die stigter van Lotus Development Corporation).

Haystack Observatory het 'n soortgelyke suksesvolle somerstage vir middelbare studente en die Universiteit van Illinois het een vir hoërskoolleerlinge.

Ses San Antonio-skole is baanbrekerswerk op junior vlak van hoërskoolwetenskap wat bestaan ​​uit sterrekunde en mariene biologie as deel van projek 2061. Die ware verrassing is dat die meeste studente gekies het om nog 'n jaar wetenskap as keusevak te neem. in hul senior jare.

Projek STAR (Science Through its Astronomical Roots), een van die omvangrykste wat deur NSF befonds word

programme, word ontwikkel by die Sentrum vir Astrofisika as 'n ernstige, kwantitatiewe alternatief vir hoërskoolchemie en -fisika.

Baie van hierdie projekte is binne die astronomiese gemeenskap begin, en almal het 'n bietjie insette van navorsers gehad. Maar dit is 'n gebied waar meer kan en moet gedoen word. Spesifieke inisiatiewe word deur ander panele voorgestel. Dit is op hoërskoolvlak en vroeër dat wetenskap vir studente aantreklik gemaak moet word voordat hulle besluit om nie die nodige wiskunde te neem nie.

B. INFORMELE ONDERWYS EN WETENSKAPLIKE GELETTERDHEID

Die aktiwiteite wat hier bespreek word, het drie verbande met astronomiese en ander wetenskaplike navorsing. Eerstens, feitlik almal is geïnisieer deur of het beduidende insette gehad van navorsingsgerigte sterrekundiges. Tweedens, baie lyne van anekdotiese bewyse dui aan dat informele blootstelling aan sterrekunde mense motiveer om as potensiële loopbane ernstig belang te stel in wetenskap en tegnologie. Ten slotte moet daar 'n voortdurende stroom opwindende nuwe resultate wees om boeke, televisieprogramme, planetariumprogramme en ander aanbiedings oor sterrekunde so gewild te hou as wat hulle is.

1. Televisie

Cosmos is die suksesvolste openbare televisiereeks in die geskiedenis, gesien deur ongeveer 400 miljoen mense in 60 lande. Die boekweergawe is die topverkoper Engelstalige wetenskapboek ooit, en in die tuisvideo-weergawe is 100.000 bestellings geplaas vir die volle 13 aflewerings voordat dit vrygestel is, 'n ongekende nommer vir enige vorm van videoband. Ander astronomiese televisie-items sluit in:

Project Universe, 'n reeks van 30 halfuurprogramme wat in 1989 sy 100ste vertoning bereik het. Die meeste uitsendings is op plaaslike stasies in samewerking met kolleges in die omgewing wat krediet vir die reeks aanbied.

Uitgebreide dekking van die Voyager Neptune-ontmoeting, waartydens miljoene jongmense in en buite die skool ingesluit is, en 'n groot aantal inwoners en besoekers van Pasadena (selfs sommige Europese amateur-sterrekundiges wat vir die geleentheid ingevlieg het), het 'n uitgebreide dekking gesien. intyds in 'n ouditorium naby die Jet Propulsion Laboratory (JPL).

'N Galactic Odyssey (gefinansier en vervaardig deur Japanese National Television) en The Astronomers' Universe (gefinansier deur die Keck Foundation en vervaardig deur KCET), wat 6-8 uur reekse is wat fokus op sterrekunde en die mense wat dit doen, geskeduleer vir 1990- 91 uitsendings. Een van die verklaarde doeleindes van die Keck-geborgde reeks is om voorskoolse studente te motiveer om beroepe in wetenskap en tegnologie te oorweeg.

2. Sterrekunde in druk

Sterrekunde is een van die min wetenskappe met sy eie (winsgewende) boekklub. 'N Deel wat deur boekklubs aangebied word, sal in die reeks van 40 000 eksemplare verkoop (bv. Herbert Friedman Son en aarde), terwyl een van die alledaagse wenners, Stephen W. Hawking s'n 'N Kort geskiedenis van die tyd, het die miljoen-punt bereik en twee jaar op die New York Times-lys van beste verkopers deurgebring. Die 1988 New York Times-lys van tien beste nie-fiksieboeke het drie oor sterrekunde ingesluit, en die onderwerp is eweneens oorverteenwoordig onder die wenners van die American Institute of Physics science-toekenning.

Die verkope van tydskrifte in 1988 onthul 632 500 gereelde lesers van Scientific American, 95 000 Sky en Telescope en 165 000 Astronomie, wat daarop dui dat 20-25 persent van die wetenskapgehore op hierdie vlak spesifiek 'n gehoor vir sterrekunde is. Binne die breër tydskrifte (Discover, Science Digest, Scientific American en Science 80-86) het ongeveer 7 persent van die artikels die afgelope dekade oor sterrekunde gehandel. Daarteenoor vorm professionele astronomiese tydskrifte 0,5 persent van die 3300 wat deur die Science Citation Index gedek word, en Ph.D's van astronomie vorm ongeveer 0,7 persent van die 18,000 wat elke jaar toegeken word in fisiese biologiese, sosiale, gesondheids-, ingenieurswese en rekenaarwese. wetenskappe (Kidd 1989).

Alhoewel min koerante astronomie net so gereeld as astrologie dek, is die onderwerp oorverteenwoordig ten opsigte van ander wetenskappe in koerante sowel as tydskrifte. 10 jaar se artikels in die New York Times, Wall Street Journal, Washington Post en LA Times bevat byvoorbeeld 325 artikels oor sterrekunde en ruimtewetenskappe, 360 oor fisika en 280 oor biologie (uitgesonderd medisyne J. Cornell, Sentrum vir Astrofisika) , persoonlike kommunikasie 1990).

3. Observatories, Planetariums en Museums

Van die 9,4 miljoen besoekers aan die Nasionale Lug- en Ruimtemuseum in 1988, het 36,2 persent (gebaseer op ewekansige steekproefneming van vertrekkende besoekers) die astronomie- en ruimte-uitstallings interessanter as die lugvaart. Ongeveer 'n derde van 'n miljoen besoekers het die planetarium-show gesien. Op kleiner skale:

Albei die vyftig state, behalwe twee, het observatoriums of planetariums wat gereeld vir die publiek beskikbaar is.

McDonald, Palornar en Kitt Peak Observatories berig dat ongeveer 100 000 mense per jaar die relatief groot afstande aflê wat nodig is om elkeen van hulle te besoek. McDonald Observatory is in die maandelikse hoteltydskrif Texas vir toeriste te sien.

Griffith Observatory, naby Los Angeles, meer toeganklik as die navorsingssterrewagte, het in 1989 1,7 miljoen mense gehuisves, net soveel as die Los Angeles Museum of Art en die John Paul Getty Museum saam (onderskeidelik 879,000 en 338,800). Die Adler Planetarium in Chicago neem ongeveer 700 000 besoekers per jaar op. Die totale aantal planetariums in die VSA is ongeveer 1000.

4. Radio- en telefoonlyne

Standaard-daaglikse programme van vyf minute wat deur die Universiteit van Texas vervaardig word, word gedra (en betaal) deur ongeveer 200 radiostasies, waaronder groot programme soos KNX in Los Angeles en KCBS in San Francisco. Die maatskappy het 'n toekenning vir uitnemendheid ontvang vir uitnemendheid en het die afgelope dekade 'n halfmiljoen briewe van luisteraars gelok. Die uitwerking daarvan bevat 'n Spaans-weergawe, TV-nuusvideo's van een minuut en 'n deel van 'n CD-ROM-kommersiële demonstrasie-skyf.

Minstens 20 astronomiese telefoonlyne is in die VSA bedrywig. Die meeste verander weekliks en bevat 'n mengsel van plaaslike waarnemingsinligting (maanfases, planete, ensovoorts) en navorsingsnuus. 'N Tipiese een, Starwatch aan die Universiteit van Minnesota, ontvang ongeveer 30 oproepe per dag (meer tydens Voyager-ontmoetings, Halley perihelion, ens.) En gedeeltes van die inhoud daarvan word deur 'n dosyn plaaslike koerante gedra. Inkomende studente aan die Universiteit noem soms dat Starwatch 'n faktor was in die keuse van die instelling en 'n wetenskap-hoofvak.

5. Amateursterrekunde

Elke staat in die unie het ten minste een aktiewe sterrekundeklub. Meer as 240 handelaars en vervaardigers is besig met die verskaffing van teleskope, bykomstighede en sagteware vir waarnemers wat nie professionele sterrekundiges is nie. Sommige hoogtepuntaktiwiteite is die volgende:

Teleskoop- en tydskrifverkope dui daarop dat ongeveer 200 000 mense 'n bietjie belangstel in amateursterrekunde. Hiervan behoort meer as 14 000 tot die hoof sambreelgroepe, die Astronomical League en die Western Amateur Astronomers.

Die Planetary Society, waarvan die lede $ 25 per jaar bydra tot die oorsaak van die verkenning van die planete en die soeke na buitelandse intelligensie, het ongeveer 130 000 lede. Hulle publikasie, The Planetary Report, het onlangs die resultate gerapporteer van 'n ewekansige opname deur die Public Opinion Laboratory aan die Noord-Illinois Universiteit wat daarop dui dat die helfte of meer van die volwasse Amerikaners die Vereniging se doelwitte steun.

Die American Association of Variable Star Observers bied 'n brug tussen die amateur- en professionele gemeenskappe. Van die 1100 lede lewer ongeveer die helfte elke jaar ongeveer 250 000 waarnemings van 3500 sterre aan 'n sentrale bewaarplek. Amateurwaarnemers van veranderlike sterre is dus meer as die professionele persone (waarvan ongeveer 100 per jaar gebruik maak van AAVSO-data). Die totale aantal bydraers in die geskiedenis van die vereniging is byna 5000, gelyk aan die huidige lidmaatskap van die AAS.

'N Ander belangrike AAVSO-bydrae is die verskaffing van gegewens aan opvoeders vir astronomies gebaseerde laboratoriums en wetenskaplike projekte. Data van die lidmaatskap van die vereniging dui aan dat deelname aan amateur-sterrekunde onder jongmense dien om toekomstige sterrekundiges en wetenskaplikes, ingenieurs en programmeerders in ander vakgebiede te werf.

Amateure sterrekundiges deel gereeld hul belangstellings en kundigheid met Scout-troepe, skoolklasse en ander groepe jongmense.

B. Bydraes tot die poel wetenskaplik opgeleide personeel

Ongeveer 70 Amerikaanse colleges en universiteite bied tans grade in sterrekunde of nou verwante velde aan, wat ongeveer 100 PhD's per jaar, 160 BA's en B.S.'s en 40 terminale MA's toeken. Meeste van die

ontvangers wat nie langtermynloopbane in sterrekunde volg nie, bly wel deel van die mannekragpoel op wetenskap- en tegnologie-intensiewe gebiede.

1. Ph.D. Ontvangers

Soos aangedui in die verslag van die paneel oor status van die beroep, verlaat ongeveer die helfte soveel sterrekundiges die veld elke jaar as wat hulle 'n nuwe Ph.D. grade. Volledige monsters van 106 doktorale ontvangers (1952-88) van die California Institute of Technology en 94 (166-88) van die Universiteit van Maryland bevestig dit. Ongeveer die helfte is hoofsaaklik besig met astronomiese navorsing. 20 persent is in ander wetenskappe werksaam en in die nywerheid het 7 persent onderwys- of wetenskapadministrasieposisies en die meeste van die res werk aan hardeware of sagteware ter ondersteuning van astronomiese of verwante navorsing.

2. B.A./B.S. Ontvangers

Van onlangse sterrekunde-vrywilligers gaan 'n bietjie meer as die helfte direk na die nagraadse skool ('n derde van hulle in sterrekunde) en die ander tree direk in die werksmag (Ellis en Mulvey 1988). Volledige voorbeelde van enkele instansies oor 'n langer tydperk bevestig hierdie patroon. Die monsters sluit in Swarthmore College (28 B.A.'s, 1940-85), Kalifornië Inst. of Technology (140 B.S.'s 1956-88). en Williams College (26 B.A. se 1974-89). 35 persent is in sterrekunde (navorsing, ondersteunende aktiwiteite of gegradueerde skool) 39 persent is besig met ander wetenskappe of is werksaam in tegnologies-intensiewe bedrywe, 11 persent is onderrig en 15 persent is in nie-wetenskaplike beroepe (insluitend regte, fotografie, skryf, en baie ander).

Voorgraadse studente in sterrekunde is baie meer geneig om beduidende, publiseerbare navorsing as dié in die meeste ander wetenskappe te doen, en dit kan bydra tot die hoë retensiekoers. As dit die geval is, kan 'n nuttige voorbeeld gevolg word deur ander wetenskappe waar die verhouding tussen doktorsgraad en B.A./B.S. grade is baie laer, gemiddeld ongeveer 5 persent in al die natuurwetenskappe.

III. TEGNOLOGIE-OORDRAG, SPIN-OFFS EN DIE PRIVATE SEKTOR

Sterrekunde het voordeel getrek uit tegnologiese vooruitgang wat op baie gebiede in die wetenskap en ingenieurswese gemaak is, maar sterrekunde dra ook op twee maniere by tot tegnologiese vooruitgang. Eerstens was die eise van navorsers vir toestelle aan die rand van wat moontlik is, die dryfvere vir industriële ontwikkeling, waarvan die produkte elders nuttig was. Foto-emulsies is 'n klassieke voorbeeld. Tweedens, idees, algoritmes, toestelle, prosesse, materiale, ensovoorts wat binne die astronomiese gemeenskap uitgevind word, word van tyd tot tyd aangepas vir gebruik op ander gebiede: die radio-astronomietegniek van diafragma-sintese is so 'n geval. Die eerste vier onderafdelings kategoriseer items volgens die velde waarin dit toegepas word, eerder as die deel van die sterrekunde waarbinne dit ontstaan ​​het. Die slotonderafdelings behandel kortliks enkele potensiële gebiede vir toekomstige tegnologie-oordrag en die ondersteuning van sterrekunde deur die private sektor.

A. Medisyne

Die grootste probleem wat medisyne en sterrekunde deel, is die beeldvorming van dinge wat u nie kan bereik nie en die rekonstruksie van tweedimensionele strukture vanuit 'n aantal een- of tweedimensionele skanderings. Sterrekundiges, veral radio-sterrekundiges, het die voortou gebring om hierdie probleem op te los. Martin Ryle se Nobelprys noem sy ontwikkeling van diafragma-sintese, en die oplossing vir beeldrekonstruksie wat deur Bracewell en Riddle (1967) baanbrekerswerk is, word nou gebruik in CAT-skandeerders, magnetiese resonansbeelding, positron-emissie-tomografie en ander mediese beeldvormingsmetodes.

Spesifieke rekenaartale en maniere om groot data-skikkings te hanteer, kan ook van astronomie na medisyne oorgedra word. IDL (Interactive Data Language) en IRAF ('n baie buigsame beeldverwerkingstelsel) is produkte van optiese sterrekunde. Hul mediese toepassings sluit in

Studie van aktiwiteit en chemie van neutron in die brein (Universiteit van Suid-Kalifornië).

Hart-angiografie en PET-skanderings (Universiteit van Michigan).

Magnetiese resonansbeelding (National Inst. Of Health).

Mediese beelding en produkontwikkeling (Mallinkrodt Instituut vir Radiologie en Siemens Gammasonics).

X-straal rekenaartomografie (PDA Engineering).

Die behoefte aan skoon omgewings is 'n ander probleem wat algemeen voorkom in medisyne en sterrekunde. 'N Weergawe van die skoonkamer vir positiewe druk wat aan die Universiteit van Wisconsin ontwerp is vir werk aan die OAO-1-satelliet, is tans in baie hospitale. NASA se behoeftes aan besoedelingsvrye omgewings het gelei tot databasisse, handboeke en kursusse vir skoonkamerpersoneel, sowel as lugversorgers en '' bunny suit '' waarvan die kommersiële weergawes in hospitale en farmaseutiese laboratoriums verskyn.

'N Amerikaanse medisynemaatskappy het saamgewerk met die Cambridge (UK) Automatic Plate Measuring-fasiliteit om sy kundigheid in die skandering en interpretasie van beelde te gebruik om bloedmonsters van leukemiepasiënte te ontleed. Dit laat reaksies op veranderinge in medikasie en ander farmakologiese effekte baie vinniger op as wat andersins moontlik sou wees.

Radiosterrekundiges het hul metodes aangepas om die mikrogolf temperatuur te meet vir nie-indringende opsporing van gewasse en ander streke van vaskulêre ontoereikendheid. Mikrogolwe het 'n swakker hoekoplossing as infrarooi, maar is meer sensitief vir diep weefsel temperature. Die kombinasie van mikrogolf en infrarooi termografiese gegewens bied 'n waar-positiewe opsporingskoers van 96 persent, beter as alleen, vir borskanker (Barrett et al. 1978)

Klein aansteek-termiese sensors wat eers ontwerp is om ultraviolet detektors binne hul smal werkingstemperatuur te hou, is aangepas vir die beheer van hitte-lampe in neonatologie-eenhede.

Ten slotte deel die röntgenfoto van mense die X-straal-astronomie met die probleem dat u minder fotone het as waarmee u wil werk. Dus word die Lixiscope ('n lae intensiteit van die röntgenfoto's), 'n draagbare X-straal-skandeerder met lae energie, waarop NASA die patente besit, wyd gebruik in neonatologie, buitepasiëntchirurgie, diagnose van sportbeserings en klinieke in die derde wêreld . Die FDA het dit selfs gebruik om na vergiftigde kapsules te soek tydens die Tylenol-skrik 'n paar jaar gelede. 'N Tweede generasie spin-off, die Fluoroscan-beeldstelsel, het 'n X-straalbuisbron met wisselende krag, onder andere verbeterings en 'n wyer verskeidenheid toepassings, insluitend kateterplasing.

B. Bedryf

Die twee soorte spin-off (wat ontwikkeling en oorsprong van idees dryf) word geïllustreer deur astronomiese interaksies met fotografie en die kommunikasiebedryf.

Reeds in 1912 het C.E.K. Mees (die eerste navorsingsdirekteur by Eastman Kodak) het ondersoek ingestel wat gelei het tot spesiale reekse spektroskopiese plate om aan astronomiese behoeftes te voldoen. Die sensibiliserende kleurstowwe en tegnieke vir die maak van emulsies as gevolg van hierdie werk het gelei tot produkte van groot nut. Een voorbeeld is die sensitiwiteit van goud, wat Tri-X en 'n aantal ander films van 400 spoed van Kodak en ander vervaardigers moontlik gemaak het. Dit het die professionele en amateur hoëspoedfilmmark al 'n aantal jare oorheers.

Kodak Technical Pan-film, waarvan die skerp resolusie en fyn korrel enorme vergrotings moontlik maak, word gebruik deur mediese en industriële spektroskopiste, industriële fotograwe en ernstige kunsfotograwe. Dit is die eerste keer ontwikkel vir sterrekundiges in die son wat belangstel in veranderinge in die fyn struktuur van die oppervlak.

Rooi en infrarooi-sensitiewe emulsies, ontwikkel vir spektroskopiese plate, dring nou deur tot militêre kamoeflering en bespeur siek gewasse en woude. Ander toepassings sluit tandheelkunde, mediese diagnose en ondersoek onder die oppervlak van skilderye in vir bewys van vervalsing of pentimentos. Hipersensitiseringstegnieke, wat gedurende die 1970's deur sterrekundiges ontwikkel is, toon belofte in mediese en industriële mikroskopie en in outoradiografie.

Radiosterrekunde was 'n groot bron van oordraagbare tegnologie, algoritmes en mense wat belangstel om dit toe te pas, veral in kommunikasie. Millitech, waarvan die stigters afkomstig is van die radioastronomiegroep van die Universiteit van Massachusetts, bou nou millimeter golflengte-komponente gebaseer op toestelle wat in radiosterrekunde gebruik word, vir die kommunikasiebedryf. Hulle produkte bevat varaktormultiplikators, spanning-afstelbare Gunn-ossillators en afgekoelde GaAs Schottky-mengers (Weinreb en Kerr 1983).

Radio-sterrekundiges het ook Interferometrics (Wene, Virginia) gestig wat antennas toets en evalueer met behulp van holografiese metodes wat eers deur Britse radio-sterrekundiges verminder is. 'N Holografiese kaart van 'n skotteloppervlak neem 'n paar uur (teenoor 'n paar dae vir 'n meganiese opname) om hoë en lae kolle te onthul wat moet reggestel word voordat (byvoorbeeld) sybande laag genoeg is om aan FCC-standaarde vir satellietkommunikasieverbindings te voldoen.

Opneemtegnieke vir hoë digtheid kom van beide die NRAO en die Haystack Observatory. Digi Data of Maryland bemark verskeie weergawes van die NRAO-weergawe (wat 2,5 Gbyte-kapasiteit en 120 kbyte / sek. -Datasnelheid behaal deur digitale data in analoog vorm te stoor) vir argivering van besigheidsdata, skyf-rugsteun,

en ander toepassings. Die Haystack-tegniek gebruik 'n smalspoorstapel met 'n hoë akkuraatheid van 36 kanale wat presies oor die band beweeg kan word om die digtheid van die opgeneemde inligting met 'n faktor van meer as 12 te verhoog, sodat 'n enkele katrol bykans 6 terabits kan akkommodeer en opneem 'n koers van meer as 1 Gbit / sek. Honeywell van Denver vervaardig nou hierdie hoëdigtheidstapels as 'n standaardkomponent.

Radiosterrekundiges was die dryfveer en ontwikkelaar van lae geluidsversterkers, insluitende kriogekoelde galliumarsenied-veldeffektransistors (nou bemark deur Berkshire Technologies, ook gestig deur radiosterrekundiges) en hoë elektronmobiliteitstransistors, wat masers in sommige kommunikasieversterkers kan vervang .

Die rekenaarbeheertaal FORTH is uitgevind deur 'n professionele programmeerder met 'n groot belangstelling in sterrekunde en is eers deur hom toegepas om die teleskoopwerking, die verkryging van data en aanvanklike vermindering vir die NRAO-skottel van 36 voet by Kitt Peak te koördineer. Dit het gegroei tot 'n winsgewende maatskappy (Forth, Inc., Manhattan Beach, Kalifornië) en is aangepas vir 'n wye verskeidenheid doeleindes in die vervaardigings- en diensbedryf. Ongeveer 20 verskaffers lewer Forth-stelsels vir hardeware vanaf rekenaars op die VAX-hoofraamwerk. Sommige rekenaars (onlangs die Harris RTX 2000-mikroprosessor) voer Forth direk uit. Die stelsel word tans gebruik in 'n reëlgebaseerde ("kundige stelsel") motorenjin-ontleder by meer as 20.000 vulstasies wêreldwyd en in 'n hoë akkuraatheidsdigtheid wat deur Kodak gebruik word vir gehaltebeheer in filmvervaardiging. Die aanvanklike ondersteuning van NRAO en 'n wye verspreiding van Forth deur die astronomiese gemeenskap, was instrumenteel in die ontwikkeling daarvan tot 'n algemeen toepaslike stelsel.

Ander voorbeelde van vrugbare tegnologie-oordrag vanaf sterrekunde sluit in:

Die gebruik van AIPS ('n stel beeldverwerkingsprogramme van radiosterrekunde) deur Boeing om rekenaarhardeware te toets (verskeie verskaffers, insluitend Convex en International Imaging Systems, adverteer dat hul stelsels AIPS ondersteun).

General Motors se toepassing van IDL op die ontleding van data oor motorongelukke.

Die verkryging van die patente vir die eerste swaartekrag-stralingsdetektore deur Hughes Research Laboratory vir gebruik in gemodifiseerde vorm om swaartekragafwykings wat met ondergrondse oliepoele verband hou, te bespeur.

Gebruik van die IRAF-beeldverwerkingsprogram by AT & ampT vir fisiese grafika in vaste toestand en rekenaarstelselontleding.

Koudvlek-sweistegnieke wat nie die onderliggende metaal vervorm nie, is ontwikkel aan die Universiteit van Wisconsin tydens die konstruksie van OAO-1.

C. Verdediging

Die algemene tegnologiese behoeftes van astronomiese waarnemings en van sekere verdedigingsprogramme het dikwels daartoe gelei dat die een navorsingsgemeenskap tegnieke ontwikkel of waarnemings vir die ander nuttig gemaak het. Satelliet- en lugbewaking het byvoorbeeld baie intelligensie-aktiwiteite op die grond vervang. Die gevolglike verhoogde sekerheid (aan beide kante) dat akkurate inligting beskikbaar sal wees, het bygedra tot onlangse vordering met die vermindering van wapen. Waarneming benodig teleskope met groot akkurate spieëls, presiese optika en die vermoë om talle onvolmaakte beelde te verwerk en die maksimum hoeveelheid inligting te haal. Die nodige groot spieëltegnologie, aanpasbare optika en verwerkingsalgoritmes het almal belangrike insette gehad van tegnieke wat ontwikkel is in die sterrekunde en deur mense wat opgelei is as sterrekundiges, vanaf die U2-kameras tot nou. Enkele spesifieke voorbeelde wat oor die elektromagnetiese spektrum strek:

'N Onlangse ondersoek in Grumman oor die herkenning van vuurpyle vir strategiese waarskuwingsdoeleindes het beide waarnemings van sterre en modelsterre gebruik om pluime van kosmiese voorwerpe te onderskei.

Radar vir diafragma-sintese is die afgeleë afstammeling van die radio-astronomietegniek waarvoor Martin Ryle die Nobelprys verower het.

Die ontwikkeling van die kanaaltron is oorspronklik ondersteun vir ultraviolet-sterrekunde, maar dit het sedertdien in verskillende UV-kameras gevind.

Kundigheid wat ontwikkel is in samewerking met die Kuiper Airborne Observatory, het direkte steun verleen aan verskeie ontwikkelingsprogramme vir die infrarooi sensor van die vloot en lugmag.

Stertellings en modelle van sterre ruimtelike verspreiding word gebruik om datatempo's vir ruimtebore seinverwerkers en -sensors te beoordeel, asook vir satellietwysing en -kalibrasie.

Sterrekundiges wat aan X- en gammastralingdetektors in Los Alamos gewerk het, het gehelp om die instrumente vir die Vela-satellietmonitors te bou.

Sonblinde foton-tellers is uitgevind vir UV-sterrekunde en later aangepas om die UV-korona rondom supersoniese voorwerpe in daglig te waarneem en om giftige gas op te spoor.

Die lugmagwapenslaboratorium in Albuquerque het 'n aantal kontrakte aan sterrekundiges uitgereik om onderwerpe soos optiese beelding van satelliete in geosinchrone wentelbane te ondersoek met behulp van 10-30 meter basiese optiese interferometrie.

Die infrarooi kaarte van die lug wat deur IRAS verkry is, het aan die DoD-behoeftes voldoen vir inligting wat die Air Force Geophysics Lab-vuurpylprogram nie kon verskaf nie.

Die tegnieke wat deur Itek, LBL en ander ontwikkel word vir spanningspoetsing van buiteaspieëlsegmente vir die Keck-teleskoop, het potensiële verdedigingsgebruike.

Die vroeë ontwikkeling van termonukleêre wapens het uitgebreid gebruik gemaak van astrofisiese kennis van stralingsoordrag en temperatuur / digtheidsdiagnostiek. Op die oomblik is 69 lede van die American Astronomical Society (AAS) werksaam by die Los Alamos en die Sandia National Laboratories en nog 32 by die Lawrence Livermore National Laboratory, waarvan die meeste ten minste gedeeltelik programmaties werk. 'N Agtergrond in astrofisika bied blykbaar buigsaamheid en vaardighede in die uitvoer van benaderde berekeninge gebaseer op die integrasie van inligting uit verskillende bronne wat ooreenstem met die behoeftes van die verdedigingslaboratorium.

Die aanwesigheid van Sowjetreaktors in die ruimte is blykbaar al 'n geruime tyd bekend by DoD, maar astronomiese gammastralingdetektors op die Solar Maximum Mission en 'n ballongedraagde eksperiment aan die Universiteit van Kalifornië in Riverside het onafhanklike ontdekkings van die verskynsel gemaak (Rieger et al. 1989 O'Neill et al. 1989).

Vooruit kyk, ondersteun die vloot neutrino-sterrekunde vir sy langtermynpotensiaal om deur die aarde te kommunikeer en vir lang afstande onder water. Die oplossing van die ingenieursprobleme verbonde aan DUMAND (Deep Underwater Muon And Neutrino Detector) moet ook lei tot waardevolle nuwe oseanografiese tegnologie. Weidings-optiese röntgenoptiese toestelle, wat verminder is tot sonsterrekunde, sal waarskynlik toekomstige toepassings in laserwapens vind.

'N Ander gebied waar astronomiese en verdedigingsbelange oorvleuel, is die behoefte aan presiese koördinaatstelsels, tye en tydsintervalle, vir gebruik in navigasie, kloksinkronisering, begeleiding en veilige kommunikasie sowel as in astrofisika. Die fundamentele tydstandaarde is nou atoomhorlosies, nie die rotasie van die aarde nie, maar die bepaling en verspreiding van tydgegewens vir die VSA is steeds die verantwoordelikheid van die US Naval Observatory (USNO).Akkurate metings van die rotasiesnelheid van die aarde is nodig om die burgerlike tyd in pas te hou met die astronomiese tyd. Dit moet gedoen word vir navigasie- en ander doeleindes en word bereik deur 'n netwerk van radio- en optiese waarnemingstasies, onderhou deur USNO en sterrewagte van baie ander lande. Baie lang basisinterferometrie tussen radioteleskope wat wyd geskei is, was die oorspronklike drywer om waterstofmaser-horlosies in robuuste, on-the-shelf artikels te maak, waarvan die hoofgebruikers nou ruimtekommunikasie en DoD is. Daarbenewens word VLBI-metodes tans gebruik om wydgeskeide horlosies op die nanosekonde vlak te sinchroniseer.

Die fundamentele hemelse koördinaatstelsel wat vir navigasie gebruik word, is nou 'n radiogebaseerde stelsel. Die liggings van die kunsmatige satelliete waaruit die Global Positioning System bestaan ​​en wat hul eie radioseine uitstuur, is besig om vas te bind aan die posisies van kwasars en ander bronne in die verte. Traagheidstelsels (vir missiele en ander doeleindes) benodig hierdie akkurate astronomiese koördinaatstelsel vir hul kalibrasie. Akkurate optiese sterposisies word gebruik in landmetings en in outomatiese ster-opsporingstelsels. Die intensiewe bestudering van noukeurige radio- en optiese koördinaatstelsels is 'n onderwerp. Ten slotte, omdat satellietbane blind is vir die verskillende wankels van die aarde daaronder, benodig die korrekte ligging van aardse teikens (vir omgewings- en bewakingsbeelding sowel as bombardemente) akkurate voorspellings van aardoriëntasie. USNO is ook verantwoordelik vir die verskaffing en verspreiding van hierdie inligting, wat grootliks afkomstig is van VLBI-waarnemings van kwasars, in die VSA.

D. Energie en die omgewing

Die soeke na fossielbrandstowwe en alternatiewe energiebronne het in verskeie kontekste voordeel getrek uit astronomiese aftakings. Byvoorbeeld,

Texaco, Inc. en BP America gebruik albei die beeldverwerkingsprogram IDL vir die ontleding van boorkernmonsters en ander aspekte van petroleumnavorsing.

SAIC (San Diego) het sonstralingsversamelaars tot 16 meter in deursnee gebou met behulp van grafiet saamgestelde materiale wat die eerste keer ontwikkel is in ontwerpstudies vir 'n beoogde wenteleskoop genaamd die LDR (Large Deployable Array).

Weidingsvoorkoming X-straaloptika is verminder tot die praktyk vir sonsterrekunde en vind nou toepassing in plasmadiagnostiek vir magnetiese beperkte plasmasmelting. Gedetailleerde kennis van atoomspektra by hoë temperature, verkry uit studie van die sonkorona, is ook belangrik in hierdie konteks.

Plasma- en magneto-hidrodinamiese verskynsels, insluitend magnetiese heraansluiting en bestralingsgedrewe termiese onstabiliteite, is die eerste keer in son- en ruimtefisika-omgewings ondersoek. Dit kom ook in samesmeltingsplasmas voor (en is skadelik daar).

Afstandswaarneming van satelliete wat wentel, is nou die keuse om 'n enorme verskeidenheid ekologiese faktore by te hou - die omvang van die Arktiese ys pak die voginhoud van grond in die Sahel-atmosfeerprofiele van temperatuur, digtheid en spoorbestanddele in die see. oppervlaktemperature en vele ander. Astronomies-afgeleide algoritmes vir beeldverwerking word in hierdie toepassings wyd gebruik. Verskeie hiervan word elders genoem. 'N Ander met baie afstandswaarneming en oseanografiese gebruike is 'n digitale korrelasietegniek vir spektrale analise van breëbandseine wat uit radiosterrekunde gekom het (Weinreb 1963 Cooper 1976)

Spesifieke radio-, mikrogolfoond- en infrarooi-spektroskopiese metodes uit die sterrekunde is ook nuttig in die omgewingstoepassings vanuit die ruimte en op die grond. Na ondertoe gekykde millimeter golfklinkende spore werk terug in die atmosfeer van Venus en Mars en is deur radiosterrekundiges met behulp van ballongedraagde teleskope vir die aarde bekragtig. Die tegniek is in werking op die huidige Defense Meteorological Satellite Program (DMSP) en sal die primêre temperatuursensor wees in die volgende generasie NOAA-satelliete in die 1990's.

Millimetergolftegnologie in die ruimte (bv. Staelin 1981) is sensitief vir die samestelling sowel as die temperatuur van die atmosfeer, insluitend kweekhuisgasse in lae konsentrasies. Mikrogolfoondjies, geskeduleer vir die ATLAS-reeks ruimtevaarteksperimente en vir die Aarde-waarnemingsatelliete, is ontwikkel deur 'n konsortium van Amerikaanse en Europese radiosterrekundiges en atmosferiese wetenskaplikes.

'N Besondere tydige toepassing van mikrogolf-astronomietegnieke vanaf die grond is die bestudering van chloorchemie (relevant vir osoonuitputting) in die Antarktika. In September 1986 het instrumente wat deur radiosterrekundiges by SUNY, Stony Brook ontwikkel is, honderd keer die normale konsentrasie van chlooroksied gevind op 'n hoogte van 15-20 km in die Antarktiese osoongat. Die oormaat het in Oktober verdwyn, wat die rol van mensgemaakte chloorverbindings in die osoonuitputting bevestig. Die gedetailleerde chemie is vroeër getoets deur die groep se metings van die daaglikse variasie van chlooroksied in die middelstratosfeer bokant Mauna Kea. Die Antarktiese lentesiklus van styging en daling van chlooroksied is gevolg deur die 1987-seisoen met beter instrumentasie wat die volle konsentrasieprofiel van 16 tot 40 km opgelewer het. Monitering op ongeveer vyf plekke regoor die wêreld gedurende die volgende 10-20 jaar word beplan as deel van die NASA-geborgde netwerk vir die opsporing van stratosfeerverandering.

E. Die alledaagse lewe

Baie van ons vind gereeld baat by die masjinerie wat gebruik word om X-straalbagasie op lughawens te gebruik, waarvan die ontwerp afneem van die aardraket en satelliet-X-straalteleskope. Lughawe-toesig vir dwelms en plofstof maak gebruik van 'n spesifieke gaschromatograaf-ontwerp wat deur NASA ondersteun word vir gebruik op Mars. 'N Paar ander alledaagse uitwerking van sterrekunde op die grond en in die ruimte sluit in:

'N Handheld COD-fotometer wat deur sterrekundiges aan die Universiteit van Hawaii ontwikkel is vir gebruik deur polisiemanne wat die deursigtigheid van motorruitskerms nagaan.

'N Nie-indringende ondersoek na kontaminante wat waarskynlik historiese geboue kan verswak, dit het 'n neutronbron en gammastraal-spektrometer, is die eerste keer gebruik om maangrond te ontleed en is deur sterrekundiges by GSFC in 'n rookhuis in die koloniale Williamsburg beproef. Markusbasiliek in Venesië om binne die mure agter brose mosaïeke te kyk.

Sagteware om tweedimensionele beelde op 'n persoonlike rekenaar te verwerk, ontwikkel deur Michael Norman by die National Center for Supercomputing (Illinois) vir sy eie astronomiese doeleindes en aangepas vir openbare gebruik, is ongeveer 10 000 eksemplare verkoop.

Die gebruik van Forth in die handrekenaars wat deur die 40.000 afleweringsagente van een van die groot spoedposfirmas vervoer word.

Toepassing op industriële en amateurfoto's van verbeteringstegnieke ontwikkel deur David Malin vir die hantering van astronomiese beelde vanaf groot teleskope (Malin 1982, 1990).

F. Kyk vooruit

Tegnologie-oordrag is 'n deurlopende proses. Waarnemers ry byvoorbeeld tans COD-tegnologie (soos hulle vroeër fotografie gedoen het) in die rigting van die uitdunning van die skyfies om die golflengtes waaroor hulle sensitief is, te vergroot. En sterrekundiges beywer hulle vir kriogeen infrarooi skikkingsdetektore met baie lae agtergronde en lang integrasietye, sodat dit teen lae ligvlakke gebruik kan word. Hierdie tegnologieë sal waarskynlik nuttig wees vir nie-astronomiese doeleindes.

X-straal-sterrekundiges was verantwoordelik vir die ontwikkeling van bolometers en supergeleidende toestelle as nie-verspreidende spektrometers. Die hele energie van die geabsorbeerde X-straal word via fonone in 'n elektriese sein omskep, wat 'n groter reaksie lewer vir 'n gegewe X-straal-energie as in foto-elektriese detektore. Dit het potensiële toepassings in nie-vernietigende toetse en in medisyne, waar dit ook belangrik is om die minste moontlike sein uit die minste moontlike X-strale te kry.

Baie radiosterrekundige sterrewagte met millimetergolfantennes ontwikkel tans SIS (supergeleidende-isolerende-supergeleidende) mengers vir ontvangers met 'n lae geluid. NRAO is een van die twee en het begin met die uitruil van tegnologie met verskeie kommersiële en regeringsorganisasies (Hypress, NRL, die National Security Agency, ens.) Wat belangstel in nie-astronomiese toepassings. Milimetergolf-sterrekundiges werk ook aan die foutkorrigeer van sekondêre spieëls en lense. Sulke foutkorrigerende optika sal waarskynlik deel uitmaak van hoëprestasie-kommunikasie, toesig en ander nie-astronomiese antennas en teleskope van die toekoms.

G. Sterrekunde en die private sektor

Geen ander vertakking van die wetenskap, behalwe medisyne, het soveel steun gekry as sterrekunde van private persone, nywerheidsondernemings en stigtings nie. Twee van ons groot sterrewagte, Lick en McDonald, dra die name van die mans wie se bemakings hulle gestig het. Albei word nou grotendeels onderhou deur staats- en plaaslike, nie federale nie. Bydraes van Rockefeller en Carnegie en die fondamente wat hulle gestig het, het die Yerkes-, mnr. Palomar-, mnr. Wilson- en Las Companas-sterrewag gebou en help onderhou. Meer onlangs het Oscar Meyer broodnodige nuwe geboue vir Palomar voorsien. En geld van die Keck-stigting word selfs nou omskep in 'n tien meter-teleskoop wat die grootste Amerikaanse optiese waarnemingsfasiliteit vir die volgende generasie sal wees.

Die motief vir hierdie vrygewigheid (afgesien van belastingwette) blyk die breedte van die visie te wees wat nodig is om 'n land met spoorweë te span of om 'n staalbedryf op te bou, waardeer die breedte van die visie wat nodig is om die heelal te span en 'n begrip daarvan te skep. Ander interaksies was van voor die hand liggende voordeel. Kodak het die duisende 14 "& keer 14" fotoplate geskenk wat nodig is vir die tweede Palomar Observatory Sky Survey, omdat hierdie gebruik met lang blootstellingstye en lae ligvlakke 'n kritiese toets van hul emulsies lewer. In 'n onlangse dokument van die American Institute of Aeronautics and Astronautics (1989) word federale ondersteuning van die Hubble-ruimteteleskoop en soortgelyke projekte aangemoedig omdat "sulke vooraanstaande tegnologiese programme kommersiële afsprake stimuleer wat van groot waarde is vir die nywerheid en die ekonomie van die land."

Die proses om hierdie verslag op te stel, het aan die lig gebring dat mense wie se lewensbestaan ​​geensins van astronomie afhang nie, tog kan voel dat dit 'n noodsaaklike aktiwiteit is. Telkens wanneer die AASC 'n bietjie publisiteit ontvang het, het hulle fotokopiee geskryf, gebel en gestuur en beklemtoon dat sterrekunde nodig is om studente tot wetenskap en tegnologie te lok, om langtermyn-vooruitgang te bevorder (bv. Neutrino-kommunikasie) en om deel uit te maak van die mens intellektuele avontuur - dieselfde punte as wat die paneel geïdentifiseer het.

IV. DIE MENS SE PLEK IN DIE UNIVERSE

Soveel as wat die geskiedenis opgeteken het, het mense probeer verstaan ​​hoe die wêreld moes word soos dit is, wat die geheelbeeld is en hoe ons daarby inpas. Antropoloë noem die antwoorde (selfs antwoord hulle

glo) skeppingsmites. Ons moderne Westerse mites het 'n lang geskiedenis, met insette uit die Griekse filosofie, uit Joods-Christelike godsdienstige idees, en, op verskeie kritieke punte, uit astronomiese navorsing.

Die Copernicaanse revolusie was die mees voor die hand liggende en verreikendste hiervan. Die aarde het opgehou om die unieke middelpunt van alles te wees en wou nie net een van die verskillende planete om die son wentel nie. Met verdere hemelse studie het ons son op sy beurt verander in 'n tipiese, ononderskeide ster, selfs nie in die middel van die Melkweg nie. 'N Derde deel van die 20ste eeu het ons Melkwegstelsel self gekrimp tot 'n status wat nie spesiaal of sentraal tot enigiets was nie. In werklikheid toon kosmiese modelle wat algemene relatiwiteit insluit, dat alle plekke in die heelal ekwivalent is; daar is geen middelpunt en geen rand nie. En net die laaste paar jaar het 'n prentjie van die heel vroeë heelal wat deur die teorie aan die grens tussen kosmologie en deeltjiesfisika gemotiveer is, dit aanneemlik laat blyk dat die heelal - die hele vier-dimensionele ruimtetyd waarmee ons ooit kan kommunikeer - is slegs een van die vele heelal, ongeag woordeboekdefinisies.

Vreemd genoeg het ander onlangse astronomiese navorsing ons denke 'n bietjie in die ander rigting gedruk. Die lewensdraende aarde verskil regtig van die ander nabygeleë planete. As ons vanuit die ruimte daarna neerkyk, kan ons ons huis sien as 'n enkele, klein, brose entiteit waarvan die inwoners almal 'n gemeenskaplike, diep belang in sy welstand het.

Ander ontdekkings uit die 19de en 20ste eeu verklaar ander aspekte van ons verhouding tot die res van die heelal. Die spektra van die son en sterre toon absorpsie- en emissielyne in dieselfde patrone wat deur algemene chemiese elemente uitgestraal word as u dit in die laboratorium verhit. Die hemelse voorwerpe bestaan ​​dus nie uit 'n 'quintessence' of substansie wat eie is aan hulle nie. Hulle is gemaak van dieselfde goed as ons, en selfs in min of meer dieselfde verhoudings. Afgesien van helium (wat geen stabiele verbindings vorm nie), die algemeenste elemente in die sterre is waterstof, suurstof en koolstof waaruit die meeste van ons liggame bestaan. Die noukeurige bestudering van spektra van sterrestelsels en kwasars in die verte, openbaar nie net die gemeenskaplike samestelling nie, maar ook dat die konstantes en wette van die fisika dieselfde is op verre tye en plekke soos hier en nou op aarde.

Die totale moderne sterrekunde vorm 'n groot deel van ons Westerse skeppingsmite en beantwoord baie van die tradisionele vrae oor hoe groot, hoe oud en wat voorheen gekom het. Die wêreld, oftewel Heelal, is groot. Dit is in alle rigtings dieselfde (op groot genoeg skale). Dit brei uit en is slegs drie of vier keer ouer as die aarde self (maar die aarde is ongeveer 100 miljoen keer ouer as die bestek van 'n gemiddelde menselewe). Ons is gemaak van chemiese elemente van sterrestowwe wat opgebou is uit waterstofatome deur kernreaksies in massiewe sterre. En chemiese reaksies in interstellêre gas en in die materiaal wat die meteoriete en komete gevorm het, het dieselfde molekules opgelewer as die boustene van lewende wesens op aarde.

Die taak om ons verhouding met die res van die heelal uit te klaar, is aan die gang, met baie belangrike vrae wat nog onvolledig beantwoord word. Dit word byvoorbeeld net sinvol om te vra of die heelal heel anders kon wees as wat dit is (in grootte, ouderdom, fisiese wette, soorte deeltjies, ensovoorts) en of so 'n ander heelal lewe kan hê daarin opstaan. Op kleiner skale sal gedetailleerde studies van Mars en Venus 'n belangrike rol speel in die begrip van die vroeë evolusie van die aarde se atmosfeer, oseane en biosfeer, en om te bepaal hoe sensitief die huidige toestand van aardse bewoonbaarheid waarskynlik sal wees.

Die aspek van "waar behoort ons" aan astronomie blyk verantwoordelik te wees vir die meeste van die gewilde belangstelling in die onderwerp. Die potensiaal vir tegnologie-oordrag en om studente na die wetenskappe te lok, kan goeie (alhoewel nie sentrale) redes wees vir die befondsing van astronomiese navorsing. Maar dit is nie die rede waarom mense na Kosmos kyk, klein teleskope koop en bou of boeke en artikels oor sterrekunde lees nie. Hierdie mense soek eerder nuwe antwoorde op die ou menslike vrae oor die wêreld en ons plek daarin.

'N Belangrike eienskap van die moderne skeppingsmite is dat die antwoorde nie staties of deur fiat gegee word nie. Alles (of byna alles) binne die wetenskappe is onderhewig aan verandering sonder kennisgewing. Ons prentjie van die heelal brei uit en ontwikkel namate ons kennis uitbrei en ontwikkel. 'N Kragtige voortsetting van hierdie proses kan help om menslike gedagtes soepel te hou om onmiddellike praktiese probleme die hoof te bied, wat nou ook minder as 'n menslike lewensduur op tydskale verander. Praktiserende sterrekundiges voel baie seker dat alhoewel enige gegewe inligting verkeerd mag blyk te wees, die basiese ondersoekproses gesond is en lei tot 'n beter begrip van die wêreld rondom ons. Die vertroue dat die Heelal nie onverstaanbaar of intrinsiek vyandig is nie, is miskien die belangrikste terugkeer wat sterrekundiges aan hul medeburgers kan bied.

Sterrekunde as deel van ons wêreldbeskouing het ook 'n minder ernstige kant. Die frase "swart gat"

blykbaar die alledaagse woordeskat van Rap betree het. Bill Frenzel (R-Minn.), New York Yankee Don Mattingly en die hooggeregshofregter Sandra Day O'Connor in verskillende kontekste (Montgomery Journal, 26 April 1990, p.2). 'Astronomiese' afstande en bedrae geld en 'seniete' en 'nadiere' van prestasie en wanhoop is ook algemene frases.

Die moderne astrofisika het geen kunswerke geïnspireer wat vergelykbaar is met Dante se behandeling van Middeleeuse kosmologie se sirkels van hemel en hel nie, maar Van Gogh se "Starry Night" openbaar 'n verstand wat nie deur die heelal ontroer word soos dit nou verstaan ​​word nie. En elke nuwe astronomiese ontdekking nova, supernova's, neutronsterre, swart gate, veelvuldige heelal en vele ander - het wetenskapfiksiefilms, verhale en romans geïnspireer wat hierdie ontdekkings verbind het aan moontlike individuele lewens.

V. INTERNASIONALE MEDEDINGING EN SAMENWERKING IN ASTRONOMIE

Wetenskap en tegnologie word normaalweg beskou as faktore in internasionale mededinging, sowel militêr as ekonomies. Hierdie aspek is in astronomie geensins afwesig nie. Die meeste van ons is eintlik nogal trots op die lang lys Amerikaanse "eerstes" en "bestes" (die Apollo-program en die groot optiese teleskope van Viking Landers Uhuru en COBE die VLA en die VLBA ensovoorts) en is verheug oor die hoofrol wat die Die VSA het gespeel in die International Ultraviolet Explorer (IUE), die Infrarood Astronomy Satellite (IRAS), die Hubble-ruimteteleskoop en die vestiging van interkontinentale netwerke van VLBI-stasies.

Ons glo dat dit belangrik is dat die VSA voortgaan om 'n posisie van leiding in te neem in die sterrekunde, astrofisika en ruimteverkenning. Die voordele om aan die voorpunt van navorsing te bly, sluit in 'n sterk positiewe beeld in die oë van die lande met wie ons verkeer, die potensiaal vir toekomstige uitwerking en geleenthede vir vrugbare internasionale samewerking. Die vermoë van die VSA om voort te gaan om uitstaande studente en jong navorsers uit die buiteland te lok, is ook noodsaaklik vir die voortgesette gesondheid van wetenskap en ingenieurswese. Ongeveer 'n kwart van die astronomiese navorsingsgemeenskap in sowel senior as intreevlak-posisies is in die buiteland gebore (Trimble 1988). Onder gegradueerde studente in ingenieurswese en fisika is dit ongeveer die helfte. Aangesien die resultate van astronomiese navorsing heelwat aandag geniet in die media, kan leierskap op hierdie gebied buitensporig bydra tot 'n positiewe Amerikaanse beeld in die buiteland.

Die wêreld is egter besig om 'n era te betree waarin internasionale samewerking mededinging sal vervang, ten minste so hoop ons en verwag ons almal eerbiedig. Onder die wetenskappe het sterrekunde 'n buitengewone lang en ryk geskiedenis van internasionalisme wat terugdateer tot voor die 19de eeu. Een belangrike dryfveer vir samewerking is die absolute noodsaaklikheid van sterrewagplekke wat oor die aardoppervlak geleë is, wat nodig is om die hele lug te sien.Daarbenewens het die vermeende onpraktisiteit van astrofisiese navorsing waarskynlik gehelp om dit as 'n veilige plek vir kontak te beskou as daar nie baie ander was nie. Begin in 1887 was twee Amerikaanse sterrewagte onder die 18 wêreldwyd wat saamgespan het om 'n kaart van die hele lug te produseer (Carte du Ciel). Die Internasionale Astronomiese Unie was die eerste van die moderne internasionale wetenskaplike vakbonde wat in 1920 onder die Verdrag van Versailles georganiseer is, met die VSA as een van die stigters.

'N Groot deel van die nuwe waarnemingsfasiliteite, ruimtetuie en navorsingsprogramme is internasionale samewerking. Die Europese Suid-sterrewag en die Kanada-Frankryk-Hawaii-teleskoop verklaar hulself. Laasgenoemde deel die top van Mauna Kea vreedsaam met 'n Britse infrarooi-teleskoop en verskeie Amerikaanse projekte. Die bou van 'n Japannese sterrewag daar sal na verwagting in die volgende dekade begin. Ander onlangse suksesverhale sluit die volgende in:

Die verdeling van die International Ultraviolet Explorer waarnemingstyd tussen die Europese Ruimteagentskap en NASA (in verhouding 1: 2) gedurende die afgelope 13 jaar.

'N Amerikaanse (Universiteit van Kalifornië-Berkeley) spektrometer wat deur 'n Japanse vuurpyl gelanseer is om die kosmiese mikrogolfagtergrond te bestudeer.

Europese geboude instrumente op IRAS en HST, met proporsionele verdeling van die waarnemingstyd.

'N Amerikaanse instrument op die Sowjet-Vega 1 en 2 ruimtetuig wat verby komeet Halley gevlieg het. Sowjet-wetenskaplikes het deelgeneem aan die Voyager 2-ontmoeting met Neptunus.

Die 20 persent van die artikels wat in 1990 in die Astrophysical Journal gepubliseer is, met outeurs wat in die VSA en ten minste een ander land gesetel is (ongeveer 1990).

Wetenskaplikes en administrateurs in die Verenigde State en die Sowjetunie het selfs begin om die idee te ondersoek dat die eerste bemande sending na Mars 'n gesamentlike missie moet wees.

Op 'n meer persoonlike vlak tel die meeste Amerikaanse astrofisici ten minste 'n paar buitelandse kollegas, waaronder sommige uit ideologies baie uiteenlopende lande, onder hul naaste vriende, hoewel hulle miskien nie


Venus-navorsingsfokusareas

Verbeterde begrip van Venus is noodsaaklik om die volle omvang van die aardse planeetoorsprong en evolusie in ons eie sonnestelsel beter te begryp en waarnemings van nuwe aardgrootte planete wat rondom ander sterre ontdek word, te interpreteer. Die vorige artikels in hierdie uitgawe het elk belangrike oop kwessies geïdentifiseer, asook die metings of benaderings wat nodig is om dit op te los. Hierdie benaderings kan breedweg gekategoriseer word as (1) aardgebaseerde waarnemings, (2) laboratoriumstudies, (3) modelleringstudies of (4) nuwe ruimtetuigmissies.

Aardgebaseerde waarnemings

Venus is ons naaste buurman en is baie geskik vir waarneming vanaf die Aarde (of vanuit sterrewag naby die aarde). Hierdie waarnemings is aanvullend tot die waarnemings van Venus-ruimtetuie in 'n aantal velde, van geologie tot atmosferiese samestelling en dinamika (Fig. 1).

Aardwaarnemings is nuttig om ons begrip van Venus in 'n wye verskeidenheid wetenskaplike gebiede te verhoog. (A) Globale gemiddelde laer wolkbedekking soos bepaal deur Tavenner et al. (2008) met behulp van Aardgebaseerde waarnemings van die IRTF. (B) Gepolariseerde radarbeeld van Hyndla Regio en Zirka Tessera kan gebruik word om die omvang van fyn korrelafsettings te identifiseer (Campbell et al. 2015)

Vir atmosferiese samestelling kan observatoriums op die grond 'n wye spektrumdekking bied: insluitende streke van die spektrum waarvoor instrumentasie nog nie gevlieg het op Venus-omwentelingsessies nie. Op grondgebaseerde waarnemings deur Allen en Crawford (1984) is die ontdekking van byna-infrarooi spektrumvensters op 1-2,5 μm gevind, wat die toewysing van troposferiese gasse aan die nagkant van Venus moontlik gemaak het. Dit was toe meer as 20 jaar voordat 'n baaninstrument wat in hierdie spektrale reeks waargeneem is, het Venus bereik. Die beste spektrale resolusies wat op grondgebaseerde fasiliteite bereik kan word, is ook baie aanvullend tot dié wat in die Venus-baan bereik kan word, byvoorbeeld troposferiese HF (Bézard et al. 1990) en mesosferiese ClO (Sander en Clancy 2018) is vanaf die grond gemeet, maar nie vanaf wentelbaan. Verdere atmosferiese spesies kan opgespoor word namate nuwe fasiliteite beskikbaar raak, wat belangrike drywers bied om nuwe vermoëns vir orbitale instrumentasie te ontwikkel.

Ruimtelike kartering van waarnemings op die grond bied kykgeometrieë wat anders is en aanvullend is aan dié wat met Venus-ruimtetuie bereik word. Encrenaz et al. (2012, 2016) het HDO en ( mbox gekarteer_ <2> ) oorvloed oor die hele skyf van Venus, en het hul variasie op tydskale gevolg, wat wissel van minute tot jare. Die volledige skyfmetings van horisontale verspreiding is aanvullend tot die puntmetings en vertikale profiele gemeet vanaf Venus Express (Marcq et al. 2018, hierdie uitgawe).

Op die grond gebaseerde observatoriums kan ook oor lang tydperke toesig hou, veral wanneer daar geen ruimtetuie by Venus is nie. Die opvallende voorbeeld hiervan is langtermynmonitering van mesosferiese swaeldioksied, benewens metings deur Pioneer Venus (1978–1992), Venera 15 (1983–1984) en Venus Express (HotFrog), mesosferiese ( mbox_ <2> ) is gemonitor in die UV vanaf klinkende vuurpyle en vanaf die Hubble-ruimteteleskoop (Esposito et al. 1997), is dit ook gemeet in die termiese infrarooi (IR), soos hierbo bespreek, en nou ook in sub- mm wissel van sterrewagte soos JCMT en ALMA. Die voortsetting van hierdie waarnemings in die komende dekade, wanneer geen Venus-missies beplan word nie, sal help om ( mbox te beperk)_ <2> ) (en, by uitbreiding, miskien vulkaniese aktiwiteit) in hierdie tydperk.

Hoë spektrale resolusie maak ook direkte meting van winde deur Doppler-velocimetrie moontlik, en spoor chemikalieë op. Om wetenskaplik waardevol te wees, moet die Doppler-velocimetrie akkuraatheid bereik in die orde van 10 m / s of beter, wat spektrale resolusies van ( lambda / d lambda & gt 3 times10 ^ <7> ) vereis, afhangend van die besigtiging meetkunde. Dit is nou haalbaar in 'n reeks aardteleskope, van sub-millimeter (ALMA, NOEMA, JCMT) tot sigbaar-naby-IR (HIPWAC, THIS, ESPaDOnS) - al hierdie is gebruik om wind te meet, op hoogtes wat wissel van 60-110 km, afhangende van die spektrale kenmerk wat waargeneem word (Sanchez-Lavega et al. 2017, hierdie uitgawe). Van besondere belang is die hoogtegebied van 90–120 km, wat 'n oorgang aandui van die retrograde sonale sirkulasie in die mesosfeer na 'n subsolêre tot antisolêre sirkulasie in die termosfeer - daar is skaars enige wolke in hierdie seldsame gedeelte van die atmosfeer, so die enigste windsnelhede wat in hierdie wisselvallige streek gemeet word, kom van grondgebaseerde Doppler-snelheidsmetrie. Verdere waarnemingsveldtogte, van sterrewagte wat al meer ruimtelike en spektrale resolusie bied, sal help om hierdie veranderlikheid te verstaan.

Windvelde op wolkvlak kan ook vanaf die aarde gemeet word met behulp van funksiesporing. Waarnemings met enkelstasies het meridionale profiele van sonwinde opgespoor, met behulp van waarnemingsvolgorde wat 'n paar uur langer kan duur, kan verkry word deur die observatoriums wat in lengtegraad versprei is, of deur observatoriums op poolbreedte te koördineer. Dit is veral opmerklik dat teleskope deur stratosferiese ballonne op 35 km-hoogte vervoer word; dit is bo die meeste atmosferiese turbulensie en waterdamp, wat die waarnemingstoestande bied wat tussen die ruimtelike resolusie en die tydsduur tussen satellietwaarnemings op die grond en Venus (Young et al. 2008) ), met 'n unieke datastel om grootskaalse atmosferiese veranderlikes op dag- tot weeklange tydskale te bestudeer.

Alhoewel bogenoemde waarnemings die atmosfeer bespreek, kan die oppervlak van Venus ook vanaf die aarde waargeneem word. Die radarbeelde met die hoogste resolusie van Venus, vanaf die Arecibo-sterrewag, bereik ruimtelike resolusies van 1–2 km, terwyl dit 'n groter orde is as Magellaan-radarbeelde. Die lang tydelike basislyn wat deur dekades se waarneming aangebied word, kan tydelike veranderinge op hierdie tydskale. Daarbenewens bevat grondgebaseerde beelde polarimetriese inligting wat nie deur Magellan vasgelê is nie, wat beperkings op die oppervlakte-eienskappe moontlik maak. Polarimetriese inligting is byvoorbeeld effektief gebruik om impakkrater-uitwerpings wat die tessera-terrein omhul, in kaart te bring. Hierdie inligting is belangrik vir die keuse van potensiële landingsplekke wat nie deur materiaal wat afkomstig is van ander oppervlaklokasies bedek word nie (Campbell et al. 2015). Daar is ook getoon dat polarimetriese inligting nuttig is vir die identifisering van afsettings van korrelmateriaal (enkele cm in deursnee) wat geïnterpreteer is as piroklastiese materiaal van plofbare vulkaniese uitbarstings (Campbell et al. 2017). Toekomstige radars op die grond, soos die Square Kilometer Array (SKA), kan 'n toename in die versameloppervlak van twee orde van grootte bied in vergelyking met die huidige radioteleskope (bv. Carilli en Rawlings 2004) en kan nuttig wees vir die kartering van Venus-oppervlak-eienskappe en vir die identifisering van enige veranderinge as gevolg van vulkanisme of tektonisme. Die SKA sal na verwagting reeds in 2020 met die wetenskaplike waarnemings begin met behulp van 'n gedeeltelike skikking.

Aardgebaseerde radar kan ook gebruik word vir die monitering van Venus se draai. Vorige metings van Venus se draaitempo vanaf grond- en ruimte-gebaseerde radar het met ongeveer 1 deel in (10 ​​^ <5> ) gewissel, wat gelyk is aan onsekerhede van ongeveer drie minute in Venus se sterre dag. Daar word 'n mate van variasie in die draaitempo verwag as gevolg van momentum-uitruiling tussen die planeet en sy massiewe atmosfeer, sowel as gevolg van sonkraggetywing en moontlike mantelkern-interaksies (Cottereau et al. 2011 Navarro et al. 2018) wat variasies meet. in die spin-toestand sal dit dus help om hierdie parameters te beperk. Radioseine wat van die oppervlak van Venus gereflekteer word, vertoon ruimtelike inhomogeniteite, of spikkels wat 'n kruiskorrelasie tussen waarnemings van hierdie spikkelpatrone van verskillende sterrewagplekke op aarde maak, kan die onmiddellike draai-snelheid van Venus meet. Die akkuraatheid wat in hierdie sentrifugeermeting bereik kan word, word geraam op ( Delta lambda / lambda sim10 ^ <-6> ) vir 'n enkelfrekwensie-meting met behulp van twee ontvangstasies op aarde, of ( Delta lambda / lambda sim10 ^ <-8> ) met behulp van veelvuldige frekwensies en skikkings van ontvangers (Karatekin en Holin 2016). Hierdie metings is logisties veeleisend as gevolg van die gebruik van verskeie sterrewagte, maar kan lei tot waardevolle beperkings op die binnestruktuur wat nie van 'n wentelbaan bereik kan word nie.

Astronomiese waarnemings van "amateur" - dws diegene buite akademiese of navorsingsinstellings - het hul waarde getoon op ander gebiede van planetêre waarneming, op die mees skouspelagtige wyse in die waarneming en selfs video-opname van die impak op Jupiter (Sanchez-Lavega et al. 2010): kan dit op Venus soortgelyk nuttig wees? Amateurwaarnemers versamel gewoonlik beelde in sigbare, UV- of naby-IR golflengtes met teleskope van (& lt0.5

mbox) primêre diafragma (Barentsen en Koschny 2008). Op hierdie golflengtes kom byna al die lig van die dag af, en enige kontraste wat by Venus waargeneem word, hou gewoonlik verband met grootskaalse wolkfunksies. Die beeldvorming van IR-emissie deur die nag is getoon deur gebruik te maak van okkulerende maskers om die lig van die dag van Venus af te weer (Mousis et al. 2014). Alhoewel dit 'n indrukwekkende prestasie met amateur-toerusting is, het sulke kaarte 'n swak ruimtelike resolusie en was dit nog nie nuttig vir wetenskaplike ontleding nie. Die video-opname van die nagkant van Venus is nuut, goed in lyn met die waarnemingstoerusting wat deur baie amateurs gebruik word, en wat moontlik wetenskaplik lonend is, aangesien hierdie waarnemings weerligflitse en / of meteoor-impak kan openbaar. Sulke emissies is egter waarskynlik baie flou en moeilik waarneembaar in so 'n nabyheid van die buitengewone helder dag van Venus en kan in die nabye toekoms buite die bereik van amateurwaarnemingstoerusting wees. Aan die ander kant is deelname deur nie-professionele wetenskaplikes (soms "burgerwetenskaplikes" genoem) aan die ontleding van datastelle wat deur Venus-ruimtetuie verkry word, haalbaar. Entoesiastiese deelname aan Mars-ruimtetuigmissies, met instrumente soos JMARS en Midnight Planets, het die publiek die aptyt getoon om deel te neem aan planetêre wetenskaplike data-ontleding. Sodanige openbare betrokkenheid moet aangewend word in toekomstige Venus-missies, veral dié soos hoë resolusie radarbane wat groot hoeveelhede hoë resolusie beelde sal genereer.

Laboratoriumstudies

Laboratoriumwerk is absoluut fundamenteel vir ons vermoë om waarnemings- en modelleringsresultate te interpreteer. Daar is nog baie gebiede waar nuwe laboratoriumwerk nodig is ter ondersteuning van beide studies van die rotsagtige oppervlak sowel as van die atmosfeer. In die besonder, onlangse resultate van Venus Express wat dui op moontlike emissiwiteitsafwykings in hooglandstreke (Gilmore et al. 2017, hierdie uitgawe) het die behoefte aan nuwe laboratoriumwerk aangedryf om komplekse temperatuureffekte op die spektra van minerale en gesteentes in die nabye infrarooi volledig te karakteriseer. golflengte. Laboratoriumstudies is ook nodig om die ongewone oorsprong van oppervlakkenmerke wat moontlik gevorm het deur beperkte subduksie wat deur mantelpluime aangedryf word, beter te verstaan ​​(Davaille et al. 2017). Daarbenewens is nog baie onbekend oor die verweringsomgewing aan die Venus-oppervlak. Om waarnemings beter te beperk, is dit belangrik om die oksidasietempo van basaltglas te kalibreer wat 'n dik (10 μm) laag hematiet tot gevolg het. Aannames dat dit minder as 1 miljoen jaar sou neem om 'n verweerde laag te vorm, het gelei tot die afleidings dat onweerde lawastrome wat deur VIRTIS waargeneem word (as hoë afwykings), 'jonk' is. Bykomende laboratoriumwerk is ook nodig om reaksietempo's te bepaal wat sulfate in die Venus-oppervlakomgewing kan vorm om die interaksies van die atmosfeer met die oppervlak beter te verstaan. Laastens bly veranderinge in radaremissiwiteit as 'n funksie van hoogte wat Magellan waargeneem het, onverklaarbaar. Bykomende laboratoriumwerk is steeds nodig om geloofwaardige halfgeleier- en ferro-elektriese stowwe te identifiseer wat hierdie effek kan veroorsaak.

In terme van beter begrip van chemiese reaksies en tempo's in die atmosfeer, is daar 'n sterk behoefte aan laboratoriumstudies wat beter beperkings kan plaas op chemiese reaksies wat op 'n verskeidenheid hoogtes voorkom, sowel as om die fisiese en chemiese eienskappe van die aerosols wat die dik wolklaag op. Omdat byvoorbeeld swaelsoorte so 'n belangrike rol in die atmosferiese chemie van Venus speel, is tempo-koëffisiënte nodig vir alle verwagte swaelreaksies om die pogings om fotochemiese modellering te beperk. Daar is ook laboratoriumstudies van dwarsdeursnee van swaelsoorte nodig om modelle te beperk en hul potensiaal as kandidate vir die onbekende UV-absorbeerder te beoordeel (Marcq et al. 2018, hierdie uitgawe). Daarbenewens, vir wolklaag- en weerligstudies, assessering van meganismes vir vinniger produksie ( mbox_ <2> mbox_ <4> ) is nodig sowel as laboratoriumstudies van reaksies wat ( mbox insluit)_ <3> mbox_ <2> ), ( mbox_ < mathrm> mbox) en negatiewe ione. Laastens is laboratoriumstudies van aërosolchemie en karakterisering van optiese eienskappe van deeltjieprodukte ook nodig. In die besonder is laboratoriumstudies van swaelsuuraërosols in hoë konsentrasies, insluitend fasegedrag, nodig om die mikrofisiese eienskappe van die aerosole onder Venus-toestande beter te beperk (Titov et al. 2018, hierdie uitgawe).

Ter ondersteuning van toekomstige waarnemings op afstandwaarneming is laboratoriummetings nodig om die begrip van hoë temperatuur-, hoëdruk-spektra by naby-infrarooi golflengtes van ( mbox_ <2> mbox), HDO en ( mbox_ <2> ) (Marcq et al. 2018, hierdie uitgawe). Laboratoriumstudies is ook nodig om die meganismes wat ( mbox omskakel) te verstaan_ <3> ) en OCS na CO, ( mbox_ <2> ) en ( mbox_ <2> ), die tempo-koëffisiënte vir hierdie reaksies, en om toepaslike golflengtes vir waarneming te identifiseer. Daarbenewens, alhoewel dit bekend is dat beide ( mbox_ <2> ) en ( mbox_ <2> ) elk individueel kritieke vloeistowwe is by Venus se oppervlaktemperatuur en -druk, is die kritieke toestande vir die mengsel nog nie teoreties of eksperimenteel geïdentifiseer nie (Limaye et al. 2017, hierdie uitgawe).

Modelleringstudies

Soortgelyk aan laboratoriumwerk, is daar 'n baie wye reeks modelleringswerk wat voltooi moet word om te help met die interpretasie van bestaande waarnemingsdata en om toekomstige waarnemings te beplan. Die onlangse VEx- en Akatsuki-missies het belangrike waarnemingsdata verskaf wat 'n toename in vordering in atmosferiese modellering veroorsaak het. Belangrike gebiede wat baie goed geskik is om deur middel van modelleringswerk te vorder, is stralingsoordragmodelle om die kweekhuiseffek beter te verstaan ​​(bv. Lee en Richardson 2011 Lebonnois et al. 2015), chemiese kinetika-modelle om beter onder atmosferiese chemie (bv. Zhang et al. 2012 Krasnopolsky 2012), wolkmikrofisika (bv. McGouldrick en Toon 2007) en algemene sirkulasiemodelle (bv. Lebonnois et al. 2016). Daarbenewens is daar die afgelope paar jaar baie vordering gemaak met die ontwikkeling van modelle om die planetêre binnedinamika beter te verstaan ​​en die omstandighede waaronder mantelpluime kan vorm (Smrekar en Sotin 2012).

Daar is verskeie vooruitgang in die vorming van stralingsoordrag nodig wat die begrip van energiebalans in Venus se atmosfeer en die invloed daarvan op die wêreldwye sirkulasie en klimaat sal verbeter (Limaye et al. 2017, hierdie uitgawe). In die besonder moet die rol van grootskaalse dinamika, chemiese reaksies en wolkprosesse in die Venusiese entropiebegroting nog bestudeer word. Die invloed van wolke en wolkvormingsprosesse in klimaatmodelle moet ontwikkel word, en een van die belangrikste oop kwessies is die effek van die veranderlikheid van atmosferiese eienskappe, soos die oorvloed van stralingsaktiewe gasse, wolkmikrofisiese en optiese eienskappe en totale dekking. Daarbenewens is dit van kritieke belang om te verstaan ​​hoe die verspreiding van bronne en sink van stralingsenergie die atmosferiese dinamika dryf, en nuwe studies is nodig om die prosesse te verstaan ​​wat Venus se klimaat die sterkste beïnvloed. Ten slotte sal 'n beter begrip van stralingsprosesse insig gee in die rol van bestraling in Venus se atmosferiese evolusie, insluitend die aanvang van kweekhuisomstandighede en die verlies aan water.

'N Gebied waar numeriese modellering besonder effektief kan wees, is atmosferiese dinamika (Sanchez-Lavega et al. 2017, hierdie uitgawe). Onlangse vooruitgang met algemene algemene sirkulasie (GCM) (bv. Lebonnois et al. 2016) is in staat om belangrike kenmerke soos temperatuurstruktuur, statiese stabiliteit en sonwinde weer te gee. Werk is egter nodig om die dinamika van sleutelkenmerke (byvoorbeeld koue kraag, groot stilstaande swaartekraggolwe) te verstaan ​​en hoe dit aan die superrotasie koppel of nie.Daarbenewens is die rol van wervelprosesse van kardinale belang, maar behels waarskynlik die komplekse interaksie van 'n verskeidenheid verskillende soorte wervels, wat direk gedwing word deur stralingsverhitting en meganiese interaksies met die oppervlak of deur verskillende vorme van onstabiliteit. Daar is ook 'n behoefte aan verbeterde numeriese modelle wat die polêre draaikolkmorfologie ruimtelik kan oplos en die dinamika daarvan akkuraat kan weergee, en die rol van prosessies op subskaalskaal in die hoekmomentbegroting, veral kleinskaalse swaartekraggolwe. Ten slotte moet die robuustheid van bestaande GCM's bevestig word deur middel van vergelyking tussen verskillende modelle, met spesifieke fokus op die behoud van hoekmomentum.

Fotochemiese studies kan ook baie voordeel trek uit nuwe modelwerk (Marcq et al. 2018, hierdie uitgawe). Gedetailleerde dinamiese en fotochemiese studies van die Venus-middelatmosfeer ( ( sim70 mbox <--> 110

mbox)) kan gebruik word om die fotochemie, dinamika, verwarming en mikrofisika wat die atmosfeer op hierdie hoogtes dryf, te verstaan. Bestaande gevalideerde modelle met opgedateerde fotochemiese skemas kan vir hierdie tipe studie gebruik word. Modelle kan ook gebruik word om belangrike vrae rakende dinamiese uitruil tussen die onderste en die boonste atmosfeer aan te spreek. Die begrip van aërosols kan verbeter word deur middel van nuwe mikrofisiese modelle van aërosolvorming, groei en ontbinding van swaelsuur (Titov et al. 2018, hierdie uitgawe). Daarbenewens moet sulke studies uitgebrei word na ander spesies (bv. Elementêre swael) wat ooreenstem met waarnemings van onbekende absorbeerders in die UV en ander golflengtes. Die opname van nuwe mikrofisiese modelle in streekskaal- en wêreldskaalse sirkulasiemodelle kan dan gebruik word om terugvoer te bestudeer tussen mikrofisika, chemie, en die momentum en energiebalans.

Nuut In situ Waarnemings

Alhoewel daar baie geleer kan word uit waarnemings op aarde, laboratoriumstudies en modellering, is daar baie onbeantwoorde vrae wat slegs beantwoord kan word deur nuwe waarnemings wat deur 'n ruimtelike vlugmissie verkry is. Metings gemaak in situ, binne die Venus-atmosfeer of vanaf die oppervlak, is van kritieke belang om Venus se evolusie te verstaan ​​en om Venus in konteks met die Aarde en Mars te plaas. Die laaste in situ Die Venus-sending was Vega in 1985. Die Vega-ballonne, gekombineer met die vroeëre Pioneer Venus-sondes (gevlieg in 1978), het talle onopgeloste vrae oor die samestelling en struktuur van die atmosfeer gestimuleer. Alhoewel die landers van Venera en Vega grootliks die chemie van die oppervlak op verskillende plekke gemeet het, is minerale van die oppervlak nog nooit gemeet nie, wat baie onbeantwoorde vrae oor die oorsprong en evolusie van die oppervlak gelaat het. Baie van hierdie vrae kan nie volledig aangespreek word deur afstandwaarneming vanaf die baan nie.

Een van die fundamentele metings wat nodig is, is die grootste elementêre samestelling en mineralogie van die oppervlak vanaf belangrike plekke, veral tesserae (Gilmore et al. 2017, hierdie uitgawe). Daar word vermoed dat Tesserae ouer is as die streekvlaktes, en as sodanig bewyse van 'n vroeëre tydvak voor vulkaniese herontdekking kan behou, insluitend bewyse van verskillende klimaat- en verweringsregimes. Selfs die plaaslike vulkaniese vlaktes wat tipies is van ( sim40 \% ) van die Venus-oppervlak, blyk 'n beduidende wisselvalligheid te toon soos deur verskeie Sowjetlanders waargeneem. Alhoewel die chemiese analise van Venera en Vega die algehele basalt-samestelling aandui (Fegley et al. 1997), kan besonderhede van die mineralogie gebruik word om die petrologiese oorsprong van die magmas te verstaan ​​en moontlik selfs hipoteses aan te spreek wat verband hou met die tempo van vulkaniese heroppervlak. Die oksidasietoestand moet ook gekenmerk word in die diepste atmosfeer wat met die oppervlak in wisselwerking is. Gekombineer met die meting van oppervlakmineralogie, kan kennis van die oksidasietoestand beperk watter minerale stabiel aan die oppervlak is. Net so moet die swaelchemie-siklus (Zhang et al. 2012) beperk word deur metings van rotsmineralogie en atmosferiese samestelling. Seismiese metings sal van onskatbare waarde wees vir die bestudering van tektoniese en vulkaniese aktiwiteit en om die interne struktuur te beperk. 'N Omvattende seismologiese opname benodig tegniese veeleisende langlewende oppervlakstasies, maar voorlopige studies kan uitgevoer word met behulp van kortstondige landers, infrasoniese detektors vanaf ballonne of lugstralebeelding van wentelplatforms (Stevenson et al. 2015 Lorenz en Panning 2018).

Daar is aansienlik meer inligting nodig oor die termiese struktuur van die diep atmosfeer (onder 40 km). Baie beperkte data bestaan ​​vir hierdie belangrike streek (Limaye et al. 2017, hierdie uitgawe), wat meer as 75% van Venus se atmosferiese massa bevat. Slegs die Vega 2-lander het enige betroubare metings van die temperatuur in hierdie streek gedoen en die data is te yl om belangrike strukturele eienskappe, soos die omvang van die planetêre grenslaag, op te los. Dit is uiters belangrik dat die adiabatiese verloop van die Venus-atmosfeer akkuraat gemeet word vir die toestande wat gevind word vanaf die Venusiese oppervlak tot die minimum temperatuurgebied, op ongeveer 125 km hoogte. In situ platforms is nodig om data oor die termiese struktuur onder ongeveer 35 km te beveilig. Vorige missies het ook vrae bekendgestel wat nuwe metings benodig om op te los, soos 'n moontlike onverklaarbare gradiënt in ( mbox_ <2> ) gerapporteer deur Oyama et al. (1979) en die nog onbekende spesie wat UV in die boonste wolke absorbeer (58–65 km). Weereens, om die dinamika-modelle te beperk, is die oorvloed en veranderlikheid van stralingsaktiewe gasse sowel as stralingswarmte, om die dinamika-modelle te beperk. Daar is ook 'n behoefte om die aërosolpopulasie te karakteriseer (Titov et al. 2018, hierdie uitgawe), insluitend getaldigtheid, deeltjiegrootteverdeling en optiese eienskappe, sowel as hul chemiese oorsprong, ten einde mikrofisiese modelle van Venus se wolke te beperk. .

Numeriese modelle van atmosferiese dinamika het beduidende sukses behaal (Sanchez-Lavega et al. 2017, hierdie uitgawe), maar baie onsekerhede bly, veral in die diep atmosfeer. Presiese windveldherwinning onder die boonste wolke (oppervlakte tot 60 km) as 'n funksie van ligging (lang / breed) en plaaslike tyd is 'n noodsaaklike bestanddeel wat benodig word om die vertikale verspreiding van die hoekmomentum, momentumoordrag en superrotasie-oorsprong af te lei. Daarbenewens is waarnemings van golwe (bv. Swaartekrag, Kelvin, Rossby en gety) onder die wolke nodig om hul rol in die traagheidskragte wat deur superrotasie veroorsaak word, beter te verstaan. Terwyl in situ metings is oor die algemeen die mees direkte benadering om hierdie parameters te meet; dit word beperk deur kort lewensduur (uur tot dae) en klein ruimtelike dekking inherent aan die huidige in situ benaderings. Namate tegnieke vir afstandwaarneming verbeter word en in situ As die lewensduur verleng word, is daar uiteindelik 'n behoefte aan meer gedetailleerde waarnemings van die diep atmosfeer wat kan ooreenstem met die dekking wat deur missies soos Venus Express in die middelste atmosfeer verkry word.

Daar is ook baie vrae rakende die samestelling van die atmosfeer wat nodig is om modelle van chemiese siklusse, fotochemie en stralingsoordrag te beperk (Marcq et al. 2018, hierdie uitgawe). In situ metings is nodig om spoorgas-spesies in die wolkstreek van 48–65 km te strek. Belangriker nog, metings van spoorgasoorvloed en moontlike gradiënte is broodnodig onder die wolke, waar slegs beperkte waarnemings beskikbaar is. Oorvloed en isotopiese verhoudings van edelgasse is van wesenlike wetenskaplike belang met betrekking tot Venus se atmosferiese evolusie in vergelyking met die Aarde en Mars. Hierdie gasse is uniek omdat dit inert is. As sodanig is dit fossielaanwysers van die vroegste proses wat die oorspronklike atmosfeer gevorm en verander het. Die swaarste edelgasse, krypton en xenon, is die minste vatbaar vir atmosferiese ontsnapping en is veral belangrik. Pioneer Venus- en Venera-metings van krypton wissel met 'n faktor van vier en xenon is nog nooit gekwantifiseer nie (Baines et al. 2013). Omdat hierdie spesies egter nie waarneembare spektrale eienskappe het nie, kan dit slegs gemeet word in situ. Metings van D / H is ook nodig om die volume water in Venus se verlede te kwantifiseer, asook die tydsberekening en prosesse vir waterverlies. Diep atmosferiese metings van D / H is nodig vir die grootste atmosferiese waarde sowel as om onsekerhede van die vertikale profiel te verstaan. Verbeterde metings van ander belangrike isotopiese verhoudings, soos (^ <13> mbox/ ^ <12> mbox) en (^ <15> mbox/ ^ <14> mbox), bied insigte oor hoe Venus se evolusiegeskiedenis soortgelyk aan of anders as die Aarde was. Om die koppeling van die oppervlak en atmosfeer beter te begryp, en die mate waarin bufferreaksies spoorgasspesies in die atmosfeer voortbring, is dit nodig om spoorsoorte in die onderste skaalhoogtes te meet.

Nuwe orbitale waarnemings

Daar is baie belangrike nuwe waarnemings wat bereik kan word met behulp van afstandwaarnemingstegnieke vanaf die Venus-baan. Die twee mees onlangse Venus-missies (VEx en Akatsuki) was hoofsaaklik gefokus op die begrip van atmosferiese chemie en dinamika, en 'n nuwe missie wat op geologiese en geofisiese vrae gefokus is, is nodig. Die enigste historiese Venus-missie wat vrae oor die wêreldwye oppervlak- en binneproses aangespreek het, was Magellan (1990-1994), met sy radikale sintetiese diafragma-radar uit die 1970's wat data in een sin van polarisasie versamel het. Terwyl Magellan aan die oppervlak baie interessante geologiese kenmerke onthul het, is daar nog talle raaisels wat moderne instrumentasie benodig om Venus op die vlak van begrip van Mars te laat kom. Magellan-beeldoplossings (100-200 m) is byvoorbeeld analoog aan Viking-beelde van Mars en Magellan-hoogtemetrie met ( sim10

mbox) plasing is van onvoldoende presisie om modelle op geologiese proseskale te beperk. Daarbenewens benodig modelle van oppervlakemisiwiteit met behulp van naby-infrarooi afstandswaarnemingsdata (Gilmore et al. 2017, hierdie uitgawe) oppervlaktopografie met baie beter ruimtelike en vertikale resolusie as moontlik met behulp van Magellan-data, veral in streke met aansienlike topografiese veranderlikes (bv. Tesserae) ). Om die verhaal van tessera-vorming en evolusie beter te verstaan, is beeldvorming met 'n hoër resolusie en volledige bedekking van die oppervlak in die nabye infrarooi ook nodig. Om die kennis van tydelike veranderinge in die atmosferiese sirkulasie te verbeter, is dit nodig om die gemiddelde albedo van Venus akkurater vas te stel asook om veranderinge oor jaarlikse en langer tydskale op te spoor (Limaye et al. 2017, hierdie uitgawe). Meer presiese waarnemings van sonale en meridionale winde (Sanchez-Lavega et al. 2017, hierdie uitgawe) is nodig om vrae oor polêre draaikolkdinamika, die omvang van die Hadley-sel te beantwoord en die onsekerheid van winddivensie te verminder om die wolktop beter te beperk. bronne en wasbakke.

Sinoptiese beeldspektroskopie met voldoende spektrale, ruimtelike en temporele resolusie en voldoende duur om variasies in ( mbox op te spoor_ <2> ) en SO by die wolkekant oor die paar uur tot enkele weke sal tydskale van onskatbare waarde wees vir die sortering van die relatiewe bydraes van fotochemie, dinamika en mikrofisika (Marcq et al. 2018, hierdie uitgawe). Tydelike variasies op lang termyn in ( mbox_ <2> ) oorvloed aan die wolktoppe wat die waarnemings uitbrei deur Pioneer Venus (Esposito 1984), Venera 15 (Zasova et al. 1993) en Venus Express (Marcq et al. 2012), gekombineer met waarnemings van ( mbox_ <2> ) veranderlikes in die dieper atmosfeer, sou insig gee in moontlike meganismes (bv. Aktiewe vulkanisme, klimaatsveranderlikheid of ander meganismes) wat waargenome variasies aandryf. Optiese, radiogolf- en elektriese veldmonitering is nodig om Venus-weerlig te kenmerk (Titov et al. 2018, hierdie uitgawe).

Plattelandswaarnemingsplatforms om die wentelbaan is ideaal om die hoër atmosfeer te bestudeer. 'N Toegewyde lugvaart- en sonwindinteraksie-missie wat dekking kan bied oor die noord- en suidpool, middag- en middernagsektor en terminatorstreek gedurende die volle sonnesiklus, sal die nodige data verskaf en vergelykings met die Aarde en Mars moontlik maak (Futaana et al. 2017, hierdie uitgawe). Die akkurate meting van die magneetveld en strome in die ionosfeer kan insig gee in die geleiding van die mantel, wat gevolge het vir die inhoud van die kors. Benewens toegewyde missies, kan waarnemings deur vlieënde ruimtetuie toegerus met plasma- en veldinstrumentasie ook waardevolle nuwe data bied (Coradini et al. 2015). Laastens sal volgehoue ​​tydreekswaarnemings van naby-infrarooi molekulêre emissies in die mesosfeer die begrip van waargenome spektrale en ruimtelike veranderlikes in lugstroming aan die nagkant verhoog (Gerard et al. 2017, hierdie uitgawe).


The Holy Grail: 'n Padkaart vir die ontsluiting van die klimaatrekord wat in Mars se poollaagafsettings gestoor is

Isaac B. Smith,. Matthew Siegler, in Planetary and Space Science, 2020

1.3.1 Orbiters

Ruimtevaartuie-ondersoeke van die poolgebiede van Mars het begin met die Mariner 7 flyby in 1969 toe die infrarooi spektrometer CO waargeneem het2 ys, wat verband hou met seisoenale prosesse (Herr en Pimentel, 1969). Beelde van die poolstreke het in 1971 met Mariner 9 begin en voortgegaan met die omvattende dekking deur Viking-orbiters (1976–80). In die moderne era is beelde verkry met toenemende ruimtelike resolusie van Orbiters van Mars Global Surveyor (MGS), Odyssey, Mars Express en Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) met behulp van die High Resolution Stereo Camera (HRSC), MOC, THEMIS, CTX en HiRISE instrumente. Infrarooi waarnemings om oppervlakte-eienskappe waar te neem, het begin met meerkanaals instrumente (Infrarood Thermal Mapper (IRTM) op Viking) en het gevorder tot volledige spektroskopie en samestellingsmetings met die MGS Thermal Emission Spectrometer (TES), THEMIS van Mars Odyssey, en gaan voort met Mars Express ' Observatoire pour la Minéralogie, l'Eau, les Glaces et l'Activité (OMEGA), en MRO se Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM). Infrarooi spektroskopie het begin met die Infrarooi Interferometer Spectrometer (IRIS) instrument op Mariner 9 en voortgegaan met MGS ′ TES, Mars Express se Planetary Fourier Spectrometer (PFS) en MRO se Mars Climate Sounder (MCS) (bv. Smith, 2008). Gamma-straal- en neutronspektroskopie oor Odyssey is gebruik om ys te bestudeer (Feldman et al., 2002), en laser-hoogtemetrie vanaf die Mars Orbiter-laserhoogtemeter (MOLA) is gebruik om die totale dikte van die PLD te skat en seisoenale hoogteverandering te meet. met afsetting (Smith et al., 2001). Radarmetings om die ondergrond te ondersoek, is uitgevoer vanaf beide MARSIS- en SHARAD-klankluiers (Picardi et al., 2004 Seu et al., 2007).

Polêre studies het baat gevind by verskillende soorte orbitale waarnemings. Optiese en infrarooi instrumente volg stratigrafie, geomorfologie, seisoenale geologiese prosesse, inter-jaarlikse veranderlikes, samestelling, albedo en fisiese toestand van H2O en CO2 ysneerslae. Spektrometers hou korrelgrootte en lae eienskappe op die oppervlak dop (Calvin et al., 2009 Brown et al., 2016), tesame met die verspreiding van gehidreerde materiale, veranderde glase en basaltmateriale, en die oorsprong van gips op die noordpoolduine (Langevin) et al., 2005 Horgan et al., 2009 Horgan and Bell, 2012 Massé et al., 2012). Instrumente wat atmosferiese eienskappe meet, vertel ons oor termiese en humiditeitsprofiele, wolkvorming en sneeuval (Hayne et al., 2014). Temperatuurwaarnemingsinstrumente vertel van die termiese traagheid van ysgesementeerde materiaal of die PLD (Putzig et al., 2014). Laastens was orbitale radars instrumenteel in die bepaling van die grootste diëlektriese eienskappe van die PLD en 3-D stratigrafiese verhoudings wat nie met kameras toeganklik is nie.


Kyk die video: Напряжённые аспекты Венеры и их проработка (November 2022).