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martedì 22 settembre 2015

New Horizons, come sono catturate le spettacolari fotografie di Plutone?

(Credit NASA)

NEWS SPAZIO :- L'argomento è affascinante. Abbiamo appena visto i paesaggi mozzafiato che ci sono arrivati dal lontanissimo pianeta Plutone, paesaggi che la sonda NASA New Horizons ha catturato durante il suo passaggio ravvicinato dopo un viaggio durato un po' meno di 10 anni.

Purtroppo per noi la missione non prevedeva un'immissione in orbita ma soltanto un flyby, con il punto di massimo avvicinamento a circa 12.500 km dalla superficie del pianeta.
Tutto questo ha avuto luogo lo scorso 14 Luglio. I sette strumenti a bordo di New Horizons hanno lavorato perfettamente ed hanno registrato tanti tanti dati. Qui i dettagli della missione


Occorrerà però aspettare fino a Novembre 2016 prima che tutte le informazioni rilevate dalla sonda Americana siano trasmesse a Terra.
Nel frattempo però non siamo restati a bocca asciutta. Gli ultimi paesaggi che ci ha inviato New Horizons sono davvero maestosi, nessun altro prima di noi, in tutta la storia dell'uomo, aveva mai visto qualcosa di simile, mai. Stiamo vivendo un'altra prima volta.

E la loro bellezza non è solamente estetica. Ciascuna di esse porta con sé tante informazioni scientifiche, preziosissime per gli scienziati di missione.

Ed in questo post voglio entrare dentro New Horizons e dare un'occhiata a come sono state prodotte queste favolose foto. Vedremo di conoscere meglio RALPH. Chi viene con me?



Come sono state scattate queste meravigliose immagini? Come è stato possibile raggiungere tali livelli di dettaglio ed accuratezza? La sonda sfrecciava alla velocità di 49.600 km/h e non ha certo rallentato. Ha continuato la sua corsa, e per di più il punto di massimo avvicinamento era pur sempre ad una notevole distanza dal pianeta, a ben 12.500 km dalla superficie.

New Horizons possiede vari sistemi di imaging, LORRI (Long Range Reconnaissance Imager) e RALPH, composto a sua volta da due differenti dispositivi, LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array, uno spettroscopio per l'infrarosso) e MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera).
A questi si aggiunge ALICE, uno spettroscopio per l'ultravioletto.

LORRI somiglia molto ad una macchina fotografica tradizionale. Ha un rilevatore composto da una matrice di 1024 x 1024 pixel (0.29 x 0.29 FOV, 5 microradian pixel iFOV) ed ha particolari ottiche per prevenire la distorsione dell'immagine. Durante l'avvicinamento a Plutone LORRI è stato usato come sistema di navigazione ottica.
Quasi tutte le foto che avevamo visto nelle settimane scorse erano state riprese proprio da questa fotocamera telescopica. A circa due settimane dal raggiungimento del punto di massimo avvicinamento LORRI era in grado di fotografare il sistema di Plutone con una risoluzione spaziale migliore rispetto al telescopio spaziale Hubble.

Gli ultimi spettacolari paesaggi però sono stati scattati dalla fotocamera MVIC di RALPH

(Credit NASA/JHUAPL/SwRI)

Li avete qui


RALPH ha un piccolo telescopio ottico che riceve la luce esterna ed alimenta entrambi i piani focali sia di LEISA che di MVIC

(Credit GSFC/SwRI)

A differenza però di una normale macchina fotografica MVIC ha un rilevatore praticamente lineare e l'immagine viene ripresa registrando tante linee successive, una dopo l'altra, un po' come uno scanner o una macchina fotocopiatrice.

Il suo rilevatore ha un'ampiezza utile di 5000 pixel quindi MVIC può produrre immagini larghe 5000 pixel e lunghe quanto vogliamo. E' una tecnologia utilizzata in molte fotocamere spaziali, tra le quali HiRISE e CTX sulla sonda MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) ed LROC a bordo di LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter).

Una fotocamera di questo tipo non ha parti in movimento per "scansionare" la superficie da fotografare. MRO e LRO sfruttano il loro movimento orbitale (quasi circolare, molto veloce ed a velocità costante), ma New Horizons non è entrato in orbita intorno a Plutone. Quindi è stato fatto ruotare il veicolo spaziale per far sì che MVIC "vedesse" tutta l'area da fotografare.

Ma sono due i problemi di cui tenere conto, la forte velocità della sonda (New Horizons corre a 49.600 km/h) e la pochissima luce presente (su Plutone la luce solare è davvero molto poca).
Il primo limita fortemente il tempo di esposizione sul rilevatore di MVIC ed il secondo limita altrettanto fortemente il numero di fotoni che ne colpiscono i singoli pixel. Il risultato è che una sola riga di pixel non basta.

Per risolvere questi problemi è stata adottata la tecnologia TDI (Time Delay Integration). Il rilevatore di MVIC è composto non da una riga di 5000 pixel ma da una matrice di 5000 x 32 pixel. Ogni rilevamento cattura quindi 5000 x 32 pixel.
Il veicolo spaziale comunica poi a RALPH la propria velocità di rotazione e questa informazione viene usata dall'intelligenza di bordo per determinare quanto tempo ci vuole affinché una riga di pixel si muova lungo la scena. E quando la rotazione del veicolo "porta" il rilevatore alla successiva riga di pixel, MVIC copia la carica accumulata dal precedente rilevamento alla riga successiva e continua a costruire il segnale proveniente dallo stesso punto della scena nella riga successiva.

(Credit D. Reuter et al., 2008: "Ralph: A Visible/Infrared Imager for the New Horizons Pluto/Kuiper Belt Mission", via The Planetary Society Emily Lakdawalla blog)

Tutto questo si ripete per la profondità del rilevatore (32 pixel) ed alla fine la carica accumulata viene copiata in un altro CCD, un registro di Out che contiene la riga 5000 x 1 pixel finale che verrà poi memorizzata.

In altre parole l'immagine ha un tempo di esposizione 32 volte maggiore. La risoluzione massima che può raggiungere è di 1 km/pixel.

E non è ancora tutto. MVIC ha in totale 6 rilevatori, ciascuno di 5000 x 32 pixel. Si tratta di 6 canali indipendenti tra loro, ciascuno dedicato a particolari lunghezze d'onda.
Quello che ha registrato gli ultimi meravigliosi paesaggi artici di Plutone che abbiamo visto è il canale pancromatico, sensibile a tutto lo spettro di luce visibile (da 400 a 975 nanometri) e che quindi produce immagini in bianco e nero.
Per motivi di ridondanza MVIC ne ha due di questi canali pancromatici.

Gli altri 4 canali hanno "davanti a loro" particolari filtri che limitano la radiazione luminosa che raggiunge il rilevatore associato. In questo modo si possono registrare immagini a differenti lunghezze d'onda. I quattro filtri sono per il blu (400-550 nm), per il rosso (540-700 nm), per il quasi-infrarosso (780-975 nm) ed un filtro per la banda di assorbimento del metano (860-910 nm).

(Credit GSFC/SwRI)

RALPH ha poi un altro canale, il cui rilevatore è composto da un array di 5000 x 128 pixel ed opera come una macchina fotografica tradizionale. Il suo compito è aggiungere un livello di ridondanza ed essere disponibile per la navigazione ottica nel caso in cui LORRI subisse un malfunzionamento.

Enjoy!

1 commento:

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