¿Son posibles las imágenes de radar doppler retardado de los asteroides NEO solo si giran lo suficientemente rápido?

El blog de Emily Lakdawalla en la página de la Sociedad Planetaria explica algunos de los principios básicos de las imágenes de radar doppler retardado de asteroides y otros cuerpos astronómicos por extensión.

El radar de un solo plato no tiene (¡por lo general!) una resolución lo suficientemente cercana como para obtener imágenes de un asteroide. Sin embargo, el milagro de las matemáticas permite reconstruir una imagen del objeto de todos modos. Un pulso largo de radar complejamente modulado (codificado) se transmite hacia el asteroide, y cada punto en él refleja una pequeña parte del pulso de vuelta a la Tierra. Sin embargo, cada reflejo se modifica ligeramente de una manera única.

Las partes del asteroide que están más alejadas devuelven reflejos que se retrasan por la distancia adicional recorrida, y cada reflejo se desplaza Doppler por la proyección de la línea de visión de la velocidad de rotación de ese punto alrededor del centro de masa del asteroide. El desplazamiento Doppler está tanto en frecuencia como en fase y, por lo tanto, también comprime/estira el reflejo en el tiempo.

Al correlacionar el patrón de codificación original con la señal recibida, se puede acumular información sobre la estructura 3D del asteroide y generar una especie de imagen. Debido a que tiene diferencias absolutas de retardo de tiempo y rotación, ahora tiene una medida física bastante precisa del tamaño absoluto (y, por supuesto, la forma) del asteroide, así como su distancia precisa.

Pero, ¿y si no giraba?

Esto me lleva a la conclusión posiblemente ineludible de que un asteroide que no giraba, o peor aún, giraba muy, muy lentamente, de modo que presentaba la misma cara hacia la Tierra cuando pasaba, sería imposible generar una imagen o tamaño transversal con radar utilizando la técnica de retardo doppler . Todavía podría obtener algún tipo de información de tamaño a lo largo de la línea de visión y, por supuesto, la distancia precisa, pero la forma transversal y el tamaño no se podrían visualizar.

Podría ser 100x100m o 10x10km (ejemplo extremo) en el plano transversal y, salvo suposiciones sobre el albedo del radar, nunca se sabría cuál.

¿Me equivoco? ¿Hay algo que me he perdido?

nota: para no atascarme demasiado en las matemáticas dentro de la configuración de la pregunta, he evitado las complicaciones de la rotación 3D (tumbling) o que la rotación a lo largo de la dirección de la línea de visión es casi tan mala como no rotar en absoluto, o el uso potencial de polarización o modelado avanzado. ¡Sin embargo, eso no significa que estos también deban excluirse de las respuestas!


El asteroide 2014 JO25 está pasando relativamente cerca de la Tierra ahora, ¡y las imágenes de radar ya están comenzando a publicarse! Véase, por ejemplo, An Asteroid Is Swinging By Earth Today de NPR para su visita más cercana en 400 años y la imagen y el video vinculados allí.

abajo: Imagen recortada del artículo de NPR, con el título:

Este compuesto de 30 imágenes del asteroide 2014 JO25 se generó con datos de radar recopilados con el radar del sistema solar Goldstone de la NASA en el desierto de Mojave en California. NASA/JPL-Caltech/GSSR

ingrese la descripción de la imagen aquí

Bueno, si supusieras que la cara que te muestra es estacionaria, entonces no veo ninguna razón por la que no puedas obtener un mapa topográfico de esa cara, siempre que tengas una resolución lo suficientemente alta.
@Phiteros ¡No! No con retardo doppler. No en un asteroide de 1 km a 1.000.000 km de distancia. Si tienes un método, ¡propónlo y no olvides las matemáticas! Lea primero la explicación de Lackdawalla. Esto no es una imagen tradicional.
Entiendo el concepto de DDM. Pero si tiene una resolución lo suficientemente alta, simplemente podría hacer rebotar una señal en una pequeña parte del asteroide y calcular la distancia a esa pequeña área. Repita hasta que haya construido un mapa de toda la superficie. Esencialmente, estarías haciendo búsqueda de rango de radar en cada pequeña parte de la superficie. Eso sí, tendrías que ser extremadamente preciso y tener una resolución espectacular.
@Phiteros pero no tienes eso. Si tuviera un plato de 100 m y una longitud de onda de 1 cm, tendría una resolución de 10 4 . A una distancia de 1.000.000 km cada píxel sería de 100 km. ¡En esta imagen, cada píxel tiene solo unos pocos metros!
No puso ninguna especificación sobre nuestra instrumentación o la distancia a este objeto en su pregunta;) Y si usó un instrumento como el VLBA, puede obtener una resolución angular de 0,17 milisegundos de arco. Eso es suficiente para resolver su asteroide. Ahora, si arrojas algo como RadioAstron allí, obtendrás una resolución angular aún mayor.
Ok lo tengo. Agregaré "delay-dopper" al título, ya que eso es realmente lo que me interesa, pero podría considerar agregar una respuesta complementaria en el caso de que se relajara la restricción de "delay-doppler". ¡Es un buen punto!
Utilizando un reloj atómico como base de tiempo, el retardo y el desplazamiento doppler podrían medirse con una precisión increíble. Una resolución direccional comparable requeriría un plato de antena gigantesco.
@Uwe Entonces, ¿parece que en ausencia de rotación suficiente, y sin asumir un albedo de radar, la única alternativa es la imagen iterferrométrica directa? (excluyendo estudios orbitales a largo plazo o enviando una sonda, por supuesto)
@Phiteros Acabo de darme cuenta de que en realidad no había hecho la edición. Ahora delay-doppler es explícito, pero su advertencia es importante para una buena respuesta o una respuesta separada. Si resulta que la respuesta a ¿Las imágenes de radar Doppler retardado de asteroides NEO solo son posibles si giran lo suficientemente rápido? es "sí", entonces parece que hay suficiente material para una buena respuesta distribuida entre todos los comentarios aquí. PERO si la respuesta es "no", entonces va a ser una respuesta realmente interesante. Sin embargo, ciertamente no puedo pensar en cómo podría ser. (¡Supongo que es exactamente por eso que pregunté en primer lugar!)
Acabo de encontrarme con esta pregunta y noté que no ha habido ninguna actividad en un año. Me pregunto si estaría interesado en convertir su comentario en una respuesta.

Respuestas (1)

nota: después de dos años sin respuesta, he decidido responder esto yo mismo. ¡No dude en responder si desea contribuir con algo más!

¿Son posibles las imágenes de radar doppler retardado de los asteroides NEO solo si giran lo suficientemente rápido?

Eso es correcto. Esta técnica particular tiene muy poca o ninguna resolución espacial intrínseca en la dirección transversal . El eje de "retraso" le da la amplitud de reflexión en función de la distancia, pero eso es solo una dimensión.

Necesita la parte doppler para construir cualquier tipo de modelo de estructura en la dirección transversal. Si hay poca o ninguna rotación, entonces no hay forma de construir una reconstrucción 3D del objeto.

Muy a menudo hay suficiente resolución para dirigir la intensidad del haz del radar más hacia el hemisferio 'Norte' o 'Sur', y esto es necesario para distinguir los dos. De lo contrario, no hay forma de separar la señal devuelta de cada hemisferio. Esto se analiza con más detalle en las respuestas a ¿Por qué a los mapas de radar de la superficie de Venus les faltan cortes? .