¿Qué detalle puede ver el Hubble en Marte?

Estoy investigando una escena para una novela de ciencia ficción en la que los protagonistas del futuro cercano observan la Tierra a través de un telescopio montado en una estación en la órbita de Marte. Mi objetivo es comprender cuántos detalles podrían discernir razonablemente.

El telescopio Hubble es probablemente una comparación razonable para mis propósitos. Encontré imágenes que el Hubble tomó de Marte durante un acercamiento cercano, pero no sé si representan la mejor resolución posible o simplemente la resolución que se seleccionó o disponible en ese momento, o de hecho, si todo el planeta fue fotografiado a una mayor resolución. resolución que la foto publicada en los medios de comunicación populares.

¿Puede un telescopio similar al Hubble observar un detalle significativamente mayor que el que se muestra en el artículo a continuación? Si es así, ¿qué podría resolverse razonablemente? ¿Grandes ciudades? ¿Edificios individuales?

Desde el Hubble de Vox.com se pueden ver galaxias increíblemente lejanas. Esto es lo que sucede cuando mira a Marte y Saturno.

Marte, ASA, ESA y STScI

arriba: Recortado de Fuente NASA, ESA y STScI

Marte, NASA/Hubble

arriba: Recortado de Source NASA/Hubble

Primero, debe comprender que la ampliación no es lo que desea preguntar, sino la resolución angular.
Incluí las imágenes en la pregunta porque con el tiempo los enlaces se rompen (los sitios web populares se mueven o archivan artículos antiguos) y luego la pregunta deja de ser válida. De esta manera, los futuros lectores aún podrán ver de qué imágenes se está hablando. Además, ¡son realmente hermosos!
La resolución de las imágenes públicas me parece correcta. Estoy seguro de que se podrían extraer más detalles mediante un procesamiento pesado, pero eso también tiende a crear artefactos.
XKCD bastante relacionado: what-if.xkcd.com/32
@uhoh No estoy seguro de qué licencia usa la NASA para sus imágenes; ¿Se le permite licenciarlos como cc by-sa?
@Tim En general, las imágenes de la NASA están disponibles gratuitamente para uso público, pero no conozco la licencia exacta. La política en sí es probablemente mucho más antigua que cc by-sa y puede ser establecida por la ley de EE. UU. de alguna manera como parte del mandato de financiación. Esto ciertamente se puede buscar en Internet. spacetelescope.org/copyright Si hay más para discutir, tal vez sea un buen tema para una meta pregunta.
En caso de que necesite describir la escala de estos telescopios en términos de referencia humanos, un gráfico útil de Wikipedia.
@bishop: No había visto eso antes. Gracias por compartir.
@Tim Por ley, el producto del trabajo de cualquier agencia del gobierno de los EE. UU. está libre de derechos de autor y se coloca en el dominio público. Los logotipos asociados y registrados por la agencia son una excepción porque su uso podría crear una falsa impresión de respaldo. Los individuos tienen derechos separados a la privacidad. Las imágenes que contengan personas identificables pueden estar restringidas según el derecho de esa persona a controlar su privacidad y publicidad.
Si hice bien las matemáticas, la imagen del agujero negro del Event Horizon Project sería equivalente a un área de unos 37 pies de ancho en la superficie de Marte en su punto más cercano.

Respuestas (2)

Olvídate de la ampliación. Las personas que conocen los telescopios no piensan en términos de aumento. Lo que importa es la resolución angular, o el poder de resolución: el tamaño angular de los detalles más pequeños que podrías ver en un instrumento.

Regla general: el poder de resolución de un telescopio con un diámetro de 10 cm es de 1 segundo de arco cuando se usa luz visible. Los números son inversamente proporcionales. Un telescopio de 20 cm resuelve detalles de 0,5 arcsec de tamaño. Un telescopio de 1 metro resuelve 0,1 arcsec.

Hubble tiene una apertura (diámetro) de 2,4 m, por lo que su poder de resolución es de 0,04 segundos de arco.

La distancia mínima entre la Tierra y Marte es de unos 55 millones de km y ocurre muy raramente. La distancia máxima es de 400 mil km. La distancia "promedio" es de 225 mil km (pero la distancia real varía todo el tiempo).

Apliquemos la tangente de 0.04 arcsec a 55 mil km:

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

Son 10 km. Solo sería capaz de ver las principales características geográficas.

Para ver edificios (hasta la escala de 10 m), necesitaría un aumento de resolución de 1000x. Eso significa una apertura de 2,4 km. Ninguno de los diseños de telescopios clásicos puede proporcionar eso. Tendría que ser algún tipo de diseño interferométrico: un campo grande y plano donde varios espejos se colocan a varios kilómetros de distancia y se acoplan ópticamente para funcionar como un solo espejo enorme (bueno, más o menos, esta es una explicación más intuitiva).

Sería similar al interferómetro óptico de precisión de la Marina cerca de Flagstaff, Arizona.

NPOI

Algunas de las partes anchas y planas de Valles Marineris podrían proporcionar una buena ubicación para el interferómetro. Acidalia Planitia proporcionaría incluso más espacio para construir interferómetros enormes y debería ser un buen lugar para construir estructuras en general, planas hasta más allá del horizonte; es el lugar donde gran parte del libro/película The Martian ambienta su historia. Pero cualquier campo grande y razonablemente plano funcionaría.

Todo lo anterior asume la distancia de máxima aproximación entre la Tierra y Marte. En la práctica, la distancia es mayor que eso, por lo que la apertura debe aumentar. Estás contemplando un interferómetro con una base de decenas de kilómetros si quieres distinguir estructuras como edificios.

Posiblemente, el interferómetro podría construirse en órbita, pero debe asegurarse de que la distancia entre los espejos se mantenga con una precisión extraordinaria. En la superficie planetaria, el suelo proporciona la rigidez requerida. En el espacio tendrías que... No sé, usar magia espacial.

Gracias, esa es una respuesta maravillosamente detallada. La trama no depende de ninguna manera de ver pequeñas características, por lo que optaré por la capacidad de resolver las principales características geográficas. ¡Me esfuerzo por acertar con la ciencia en mis novelas y agradezco mucho su ayuda!
@EricJ. - bien, entonces el telescopio orbital funcionaría. ¡Buena suerte con tu proyecto!
¿La matriz realmente necesita estar en órbita? ¿Cuál es la consecuencia de mirar a través de la delgada atmósfera marciana?
@ChrisStratton Definitivamente afectará un poco el rendimiento, pero probablemente menos que la atmósfera de la Tierra.
Otro lado del edificio podría ser una de las lunas marcianas...
@Eric Podrías construirlo sobre Olympus Mons, que tiene una altura de casi 22 km sobre el nivel de referencia, por lo que la presión atmosférica es inferior a 1/7 de lo que es en el nivel de referencia. OTOH, obtienes más nubes y presumiblemente más turbulencia atmosférica sobre Olympus Mons.
@PM2Ring. De hecho, hago referencia a Olympus Mons en la historia. En esta escena, una estación orbital (alrededor de Marte) perdió contacto con la tierra en las semanas posteriores a una invasión extraterrestre. El papel del telescopio en esta escena es resaltar su desesperación por recibir noticias de casa. En realidad no les dice nada, pero quiero describir con precisión lo que ven. Funciona bien para los propósitos de la historia, ya que solo pueden ver las principales características geográficas. ¡Gracias por el pensamiento!
@ChrisStratton No es que el telescopio deba estar en órbita, sino que los humanos se encuentran allí. La atmósfera marciana es tan delgada que, por lo que sé, no debería tener mucho impacto en la observación astronómica. Supongo que podrían construir un gran telescopio en la superficie (por ejemplo, en Olympus Mons como se sugirió anteriormente) con suficiente tiempo, pero la historia los llevará en una dirección diferente.
En lugar de tratar de mirar detalles de la imagen como edificios, tus personajes probablemente mirarían cosas como patrones de iluminación del lado nocturno (normal, ausente, destellos repentinos con espectros preocupantes), patrones climáticos posiblemente interrumpidos, charlas de radio (normal, ausente, nunca antes). visto modulaciones) y así sucesivamente. Es casi el problema SETI, pero ahora con tres opciones: familiar, nada, desconocido

El telescopio espacial Hubble tiene un espejo de 2,4 my tiene una difracción bastante limitada, por lo que en longitudes de onda cercanas al UV de, digamos, 240 nm, tiene una resolución angular de aproximadamente 10 − 7 radianes La distancia más cercana de Marte a la Tierra es de unos 54,6 millones de km, por lo que la resolución mínima teórica está entre 5 y 6 km. Entonces, las ciudades grandes pueden ser visibles si tienen mucho contraste. Dado que, en su máxima aproximación, un observador en Marte está mirando directamente al lado nocturno de la Tierra, una ciudad bien iluminada puede ser fácil de detectar, por otro lado, también están mirando más o menos directamente al Sol, lo que podría dar algunos problemas. Todavía habrá momentos en que la distancia sea de solo 70 u 80 millones de km y el ángulo del Sol sea más manejable, por lo que una resolución de 10 km en UV, 20 en luz visible es creíble.

Lo que no me queda claro es si la distancia mínima Tierra-Marte coincide con el tránsito de la Tierra sobre el disco solar, visto desde Marte. Dado que las órbitas no son exactamente coplanares, la coincidencia no está garantizada, al menos esa es mi intuición. Podría estar equivocado.
@Florin Buen punto. El acercamiento más cercano ocurre cuando Marte está en oposición, pero eso puede no ser un tránsito. Apuesto a que Meuss podría decirnos...
@FlorinAndrei Los planos orbitales de los planetas están bastante inclinados entre sí (varios grados), están bastante lejos de ser coplanares. Dado el diminuto tamaño angular del sol (0,5° desde la Tierra POV) y las grandes distancias involucradas, los tránsitos son bastante raros. ¡Los tránsitos terrestres, vistos desde Marte, ocurren solo unas pocas veces por siglo!
¿Qué detalle puede ver el Hubble en Marte?
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