Система тепловизионной визуализации

Прибор THEMIS перед установкой на Mars Odyssey.

Система тепловизионной визуализации ( THEMIS ) — это камера на борту орбитального аппарата Mars Odyssey, запущенного в 2001 году . Он отображает Марс в видимой и инфракрасной частях электромагнитного спектра , чтобы определить тепловые свойства поверхности и уточнить распределение минералов на поверхности Марса, определенное с помощью термоэмиссионного спектрометра (TES). Кроме того, это помогает ученым понять, как минералогия Марса связана с формами его рельефа, и может использоваться для поиска горячих точек в марсианских недрах.

THEMIS управляется из Центра космических полетов Марса в Университете штата Аризона и была построена подразделением дистанционного зондирования Санта-Барбары корпорации Raytheon Technologies , американского многонационального конгломерата со штаб-квартирой в Уолтеме, штат Массачусетс . Инструмент назван в честь Фемиды , богини правосудия в древнегреческой мифологии .

Инфракрасная камера

Две карты одного и того же района Марса в искусственных цветах. Левый очень пиксельный, а на правом видны мелкие детали. — Сравнение пространственного разрешения между прибором TES компании MGS и инструментом THEMIS компании Odyssey. (Спектральное разрешение обратно пропорционально.)

Две карты одной и той же местности на Земле. Левый — в оттенках серого, а правый — в искусственных цветах и показывает распределение кварца (красный), карбонатных минералов (зеленый) и минералов, богатых железом (фиолетовый). — Пример карты, полученной с помощью инструмента ASTER Терры: Соляная долина , Калифорния.

THEMIS обнаруживает тепловую инфракрасную энергию, излучаемую марсианской поверхностью на девяти различных длинах волн . Восемь из них имеют длину волны от 6 до 13 микрометров — идеальную область инфракрасного спектра для определения моделей тепловой энергии, характерных для силикатных минералов . Девятый диапазон находится на длине волны 14,9 микрометра и используется для наблюдения за марсианской атмосферой . Самая короткая длина волны инфракрасного излучения (6,78 микрометра) измеряется дважды в двух диапазонах для улучшения соотношения сигнал/шум . Таким образом, THEMIS представляет собой 10-диапазонный прибор, который обнаруживает девять различных длин волн [1] .

Спектр поглощения , измеренный THEMIS, содержит два вида информации: температуру и излучательную способность . Вклад температуры в измерение доминирует в спектре, если данные не скорректированы. По сути, инфракрасное изображение THEMIS, полученное в течение дня, будет очень похоже на заштрихованную карту рельефа: склоны, обращенные к солнцу, будут яркими (горячими), а затененные области - темными (холодными). Однако на изображении THEMIS, сделанном ночью, можно определить теплофизические свойства поверхности, такие как разница температур из-за размера зерен материалов ( тепловая инерция ).

Влияние температуры можно удалить из инфракрасных данных THEMIS, разделив изображение кривой черного тела . Полученная энергетическая картина представляет собой спектр излучательной способности, характерный для конкретных минералов (или других веществ), обнаруженных на поверхности. Присутствие минералов, таких как карбонаты , силикаты , гидроксиды , сульфаты , аморфный кремнезем , оксиды и фосфаты , можно определить с помощью измерений THEMIS.

В частности, этот мультиспектральный метод позволяет исследователям обнаруживать присутствие минералов, образующихся в воде, и понимать эти минералы в их геологическом контексте.

Инфракрасная камера THEMIS была разработана для использования в сочетании с данными термоэмиссионного спектрометра (TES), аналогичного прибора на Mars Global Surveyor . В то время как THEMIS имеет очень высокое пространственное разрешение (100 м) с низким спектральным разрешением всего 10 полос в диапазоне от 6 до 15 микрометров, TES имеет низкое пространственное разрешение (3×6 км) с очень высоким спектральным разрешением в 143 полосы между 5 и 15 микрометрами. 50 микрометров.

Подход прибора предоставляет данные о локализованных отложениях, связанных с вулканами, гидротермальными процессами и изменением минералов под воздействием поверхностных и/или подземных вод.

Усовершенствованный космический радиометр теплового излучения и отражения (ASTER), орбитальный прибор космического корабля «Терра», использовал аналогичный подход для картирования распределения минералов на Земле. Изменения в тепловом инфракрасном изображении в искусственных цветах обусловлены различиями в минералах, входящих в состав горных пород и почвы.

Открытие разнообразных горных пород

THEMIS обнаружила широкий спектр магматических пород и минералов. Некоторые из пород представляли собой базальты с низким содержанием кремния , дациты с высоким содержанием кремнезема , оливиновые базальты, ультраосновные (пикритовые) базальты и кварцсодержащие гранитоидные породы. Оливиновые базальты присутствовали в различных местах, например, на дне кратеров и в некоторых слоях стен каньонов. Минерал оливин важен, потому что он часто встречается в более примитивных и быстро магмах мантии выветривается при наличии влаги. Таким образом, если оливин присутствует, климат должен был быть сухим с тех пор, как оливин был обнаружен. кварцсодержащие В центральных поднятиях в кратерах обнаружены породы. Скалы центральных поднятий ^{[ нужны разъяснения ]} вероятно, когда-то были погребены на глубине нескольких километров, но подняты в результате удара. По породам дацитового состава видно, что внутри магматических очагов происходила фракционная кристаллизация. ^[1] При этом процессе некоторые минералы образуют кристаллы, а затем оседают на дно камеры. Наличие разнообразия горных пород увеличивает шансы найти на Марсе полезные/ценные минералы.

Видимая камера

THEMIS имеет камеру видимого диапазона, которая собирает данные в пяти спектральных диапазонах, снимает изображения с пространственным разрешением 18 м (59 футов) и может распознавать объекты размером с полуприцеп . Это разрешение является промежуточным между крупномасштабными изображениями с орбитальных аппаратов «Викинг» (от 150 до 300 метров на пиксель) и изображениями высокого разрешения с камеры орбитального аппарата Марса (MOC) на борту Mars Global Surveyor (от 1,5 до 3 метров на пиксель). Видимые изображения с THEMIS обычно имеют ширину около 20 км (12 миль). ^[2]

Заявленная цель камеры видимого диапазона THEMIS — определить геологическую летопись прошлой жидкой и вулканической среды на Марсе. Кроме того, этот набор данных можно использовать в сочетании с инфракрасными данными для определения потенциальных мест посадки для будущих миссий на Марс.

Марс - виды горизонта (видео; 1:24; орбитальный аппарат Odyssey ; камера THEMIS; 9 мая 2023 г.)

Изображения четырехугольника Oxia Palus

Эрозия создала огромные ямы с крутыми стенками. Фотография из Марсианской Одиссеи ТЕМИС .
Эос Касма с Менсой, выступом с плоской вершиной и скалистыми краями, вид с помощью ТЕМИС. Во многих местах видны слои горных пород.
Эрозия в Арам Хаосе глазами THEMIS .
Блоки в Араме, показывающие возможный источник воды, взгляд THEMIS .
Особенности эрозии в долине Арес , взгляд THEMIS

Изображения из четырехугольника Копрат

Ниргал Валлис , проходящий двумя четырехугольниками, имеет черты, похожие на те, что вызваны истощением . Фотография сделана с помощью THEMIS .
Изображение Кандорской пропасти в искусственных цветах, показывающее расположение отложений гидратированных сульфатов , как видно с помощью THEMIS. Красным цветом показаны скалистые места. Зеленым и синим цветом показаны песчаные и пыльные участки.
Мелас Часма , глазами ТЕМИС. Нажмите на изображение, чтобы увидеть связь Меласа с другими объектами.
Утес на плато Кандор-Казма , вид с ТЕМИС. Нажмите на изображение, чтобы увидеть взаимосвязь с другими объектами четырехугольника Копрата.
Утес на северной стене ущелья Ганга , вид с ТЕМИДЫ. Нажмите на изображение, чтобы увидеть взаимосвязь с другими объектами четырехугольника Копрат.
Каналы к западу от Эхус-Касмы. Тонкий узор разветвленных русел рек, вероятно, образовался в результате движения воды по поверхности.
Дендритные каналы на холме Эхус-Касма. Изображение имеет ширину 20 миль. Изображение находится в четырехугольнике Копрата .
Разветвленные каналы на полу Мелас Часма. Изображение находится в четырехугольнике Копрата .

Изображения из четырехугольника Lunae Palus

Labeatis Fossae , вид с помощью ФЕМИДЫ.
Крупный план Labeatis Fossae, вид с телескопа THEMIS.
Нанеди Валлес , глазами THEMIS.
Нанеди Валлес Крупный план, взгляд THEMIS.

Изображения четырехугольника Margaritifer Sinus

Огромные каньоны в Aureum Chaos . Овраги на этой широте редки. Фотография сделана THEMIS.
Ауреум Хаос, вид с Фемиды.
Яни Хаос , глазами THEMIS. Песок из размывающихся столовых гор покрывает более яркий материал пола. Нажмите на изображение, чтобы увидеть связь Иани Хаоса с другими местными объектами.
Крупный план каналов на краю кратера Холден, вид со спутника THEMIS. Нажмите на изображение, чтобы увидеть более подробную информацию.

Изображения из четырехугольника озера Феникс

Лавовые трубы когда-то были покрыты текущей в них лавой , но сейчас крыши рухнули, и лава ушла. Также некоторые прямые впадины ( грабены каналы пересекают лавовые ) . Фотография сделана THEMIS .
Хребты на склонах Арсия Монс большого вулкана могут быть моренами , оставленными ледниковой деятельностью.
Арсия Монс показывает свое положение среди других вулканов, как видно из THEMIS.
Оти Фосса, взгляд ТЕМИДЫ. Эти параллельные грабены находятся на северо-восточной стороне горы Арсия; они соответствуют северо-восточному/юго-западному направлению трех вулканов Фарсиса.
Оти Фосса, взгляд ТЕМИДЫ. Эти параллельные грабены находятся на северо-восточной стороне горы Арсия; они соответствуют северо-восточному/юго-западному направлению трех вулканов Фарсиса.

Изображения четырехугольника Эллады

Особенности дренажа в Долине Ройл , взгляд THEMIS . Нажмите на изображение, чтобы увидеть связь Долины Ройла с другими объектами.
Reull Vallis с линейчатыми отложениями на полу, вид с THEMIS. Нажмите на изображение, чтобы увидеть связь с другими функциями.
Слои в долине Ройл , глазами THEMIS.
Каналы кратера Липик , вид с телескопа THEMIS .

Изображения из четырехугольника Мемнонии

Долина Мангала с островом обтекаемой формы, вид с телескопа THEMIS .
Минио Валлис , взгляд ТЕМИС. Минио-Вэллис - это небольшой речной канал рядом с гораздо более крупной долиной Мангала .
Сабис Валлис , глазами ТЕМИС. Небольшие каналы объединяются, образуя долину Сабис.
Крупный план Падус Валлис, взгляд ТЕМИС.

Другие изображения от THEMIS

Улисс Патера в четырехугольнике Фарсиды , показывающий его расположение по отношению к другим вулканам, как это видно с помощью THEMIS .
Cerberus Fossae, вид со спутника THEMIS. Изображение из четырехугольника Элизиума .
Дренаж кратера Семейкин , снимок THEMIS . Нажмите на изображение, чтобы увидеть детали красивой дренажной системы. Изображение из четырехугольника Исмениуса Лака .
Тадер Валлес , глазами THEMIS . Гладкий материал в каналах может представлять собой покров в виде грязного снега. Тадер Валлес находится в четырехугольнике Фаэтонтида .

Кратер Бополу

Контекст для изображения
Кратер Бополу, Марс

Технические характеристики

Система тепловизионной визуализации весит 11,2 кг (24,7 фунта), имеет размеры 54,5 x 37 x 28,6 см (21,5 x 14,6 x 11,3 дюйма) и потребляет электрическую мощность 14 Вт.

См. также

Проект студенческой визуализации Марса (MSIP)

Ссылки

^ Кристенсен, П. и др. 2005. Доказательства магматической эволюции и разнообразия на Марсе по данным инфракрасных наблюдений. Природа: 436. 504–509.
^ «Марсианская Одиссея: Технологии» . Архивировано из оригинала 25 января 2009 г. Проверено 21 февраля 2009 г.

Внешние ссылки

[1] Кристенсен, П. и др. 2005. Доказательства магматической эволюции и разнообразия на Марсе по данным инфракрасных наблюдений. Природа: 436. 504–509.

[2] «Марсианская Одиссея: Технологии» . Архивировано из оригинала 25 января 2009 г. Проверено 21 февраля 2009 г.

[1]

[2]