Landsat patrzy na Księżyc
Dwa satelity obserwujące Ziemię obróciły się, by obserwować zaćmienie Księżyca, ukazując dramatyczne i nierówne zmiany temperatury w naszym najbliższym niebiańskim sąsiedztwie.
16 maja 2022 roku obserwatorzy nieba nie byli jedynymi obserwatorami Księżyca podczas najdłuższego całkowitego zaćmienia Księżyca od trzech dekad. Dwa satelity, które prawie stale obserwują Ziemię, również zwróciły się w stronę spojrzenia. W ten sposób zaobserwowali dramatyczne i nierówne zmiany temperatury u naszego najbliższego, ale czasami zaskakującego, niebiańskiego sąsiada.
Zmiany są pokazane w tej serii obrazów, pochodzących z czujnika podczerwieni (TIRS) na satelicie Landsat 8 i TIRS-2 na satelicie Landsat 9. Obrazy mają rozdzielczość około 60 kilometrów na piksel. Zwróć uwagę, że kontrast na każdym zdjęciu został dostosowany na podstawie minimalnej i maksymalnej temperatury powierzchni Księżyca w każdej scenie.
W trakcie czterogodzinnego zaćmienia czujniki TIRS obserwowały intensywność światła podczerwonego promieniującego z powierzchni Księżyca. Na podstawie tych promieniowania naukowcy obliczyli temperatury wymagane do ich wytworzenia. Ta „temperatura jasności” powierzchni Księżyca zmieniała się, gdy cień Ziemi maszerował przez księżycowy krajobraz. Jaśniejsze obszary na obrazach są cieplejsze niż ciemniejsze, chłodniejsze obszary.
Dennis Reuter, naukowiec zajmujący się instrumentami TIRS, zwrócił uwagę na dwie godne uwagi cechy ujawnione na zdjęciach. „Spójrz, jak szybko powierzchnia stygnie po usunięciu oświetlenia słonecznego” – powiedział. „Spada w tempie ponad 100 kelwinów (100°C/180°F) na godzinę, gdy zaczyna się pełne zaćmienie”. Pełne zaćmienie – okres, w którym cień Ziemi pada na całą powierzchnię Księżyca – trwało od 03:29 do 04:53 czasu uniwersalnego 16 maja. Zwróć uwagę na szybko ciemniejącą (ochładzającą się) powierzchnię w środkowym rzędzie zdjęć.
Po usunięciu ogrzewania słonecznego najbardziej oczywistym powodem szybkiego spadku temperatury jest brak gęstej atmosfery zatrzymującej ciepło na Księżycu. Ale fizyczne cechy powierzchni Księżyca są również czynnikiem, wyjaśnił Reuter. Meteoroidy uderzały w Księżyc od miliardów lat i pozostawiły całą powierzchnię pokrytą warstwą drobnego, skalistego pyłu lub „regolitu”. Niewielki rozmiar każdej cząstki i niska gęstość luźnego pyłu pomagają powierzchni Księżyca szybko tracić ciepło.
„To wpisuje się w drugi interesujący punkt: kratery stygną wolniej niż otaczająca je materia” – powiedział Reuter. Na przykład zauważ, że krater Tycho wydaje się pozostawać stosunkowo jasny (ciepły) w miarę postępu zaćmienia. Poniższy wykres przedstawia tę różnicę między kraterem Tycho a niewielkim obszarem otaczającego terenu w ciągu dnia. Krater zaczyna się chłodniej niż jego otoczenie, ale traci ciepło znacznie wolniej. Kiedy krater jest w pełnym cieniu (ostatnia trzecia część wykresu), jest wyraźnie cieplejszy niż otaczająca go powierzchnia.
Jedną z przyczyn różnicy może być to, że kratery zawierają mniej drobnoziarnistego pyłu lub że znajdujące się w nich materiały lepiej przewodzą ciepło. „Różnica w szybkościach schładzania między różnymi obszarami nazywana jest różnicą w bezwładności termicznej” – powiedział Reuter – „i daje wskazówki na temat zmienności charakterystyk powierzchni różnych regionów obiektu”.
Wykorzystanie obserwacji termicznych do poznania fizycznej budowy odległego obiektu nie jest całkowicie nowym pomysłem. Na przykład misja OSIRIS-REx wcześniej prowadziła obserwacje termiczne asteroidy Bennu pod różnymi kątami oświetlenia przez Słońce, ujawniając skały na asteroidzie, które są tak słabe, że można je zmiażdżyć ręcznie.
Ta misja dała zespołowi naukowemu TIRS pomysł: „Zdałem sobie sprawę, że całkowite zaćmienie Księżyca zabierze powierzchnię Księżyca z całkowicie oświetlonej do prawie całkowicie ciemnej w ciągu zaledwie kilku godzin i pozwoli nam uzyskać porównywalne pomiary właściwości termicznych Księżyca”, Reuter powiedział. Pomiary – jeśli zostaną przeanalizowane w kontekście materiałów księżycowych, które astronauci przywieźli na Ziemię – mogą pomóc naukowcom wyciągnąć jeszcze bardziej konkretne wnioski na temat związków między obserwacjami termicznymi a fizycznym składem odległych powierzchni.
Obserwacje naszego najbliższego skalistego sąsiada nie były łatwe do przeprowadzenia, wyjaśnił Matthew Montanaro z zespołu naukowego TIRS. Satelity Landsat są stworzone do obserwacji Ziemi, co oznacza, że wszystko, od ich ruchu orbitalnego wokół planety po kalibrację ich czujników, jest nastawione na pozyskiwanie obrazów Ziemi. Ale raz w miesiącu zespół operacji lotniczych (zarządzany przez US Geological Survey) nakazuje satelitom zwrot w kierunku stabilnej, niezmiennej powierzchni Księżyca w celu kalibracji.
16 maja operatorzy misji poddali Landsatowi 8 i 9 podobną procedurę, modyfikując go, aby uzyskać widok zaćmienia zgodnie z żądaniem zespołu naukowego TIRS. Specjalna prośba obejmowała dodatkową pracę zespołów planowania misji, dynamiki lotu i operacji lotniczych w USGS i NASA, które ustalały sekwencje dowodzenia satelitami, ćwiczyły manewry na symulatorze i sprawdzały, czy kluczowe dane o Ziemi nie zostaną poświęcone .
„Landsat ma za kulisami naprawdę świetną grupę ludzi, dzięki którym obserwatoria działają sprawnie”, powiedział Montanaro, „nawet gdy próbujemy rzucić im taką specjalną prośbę”.
Obrazy NASA Earth Observatory wykonane przez Joshuę Stevensa, z wykorzystaniem danych Landsat z U.S. Geological Survey i Matthew Montanaro/GSFC/RIT. Widoczne obrazy (zdjęcia lustrzanką cyfrową firmy Nikon) autorstwa Matthew Montanaro/GSFC/RIT. Historia Kathryn Hansen.
Zobacz również nasze szczegółowe prognozy:
