¿Qué causa la "ambigüedad norte-sur" cuando el radar doppler toma imágenes del ecuador de la superficie de un planeta?

¡Es una gran pregunta!

La imagen Doppler retardada es una técnica para producir un tipo de imagen que representa la topografía de un cuerpo en rotación, generalmente cuando está tan lejos que no hay forma de resolver el objeto con imágenes tradicionales, radar u óptica.

Se envía una poderosa señal de radar desde la Tierra a un asteroide o planeta, y la señal reflejada que regresa a la Tierra se registra y analiza. La "salsa especial" que permite que la técnica funcione es la secuencia pseudoaleatoria codificada en la modulación de la señal de salida. Usando técnicas de correlación, uno puede extraer componentes reflejados de un rango de diferentes retrasos debido a diferentes distancias a cada parte del planeta, y diferentes desplazamientos Doppler debido a diferentes velocidades proyectadas (radiales) de cada parte del planeta.

Los datos sin procesar son bastante desordenados, pero después de registrar el cuerpo girando una fracción sustancial de una vuelta completa, utilizando modelos, puede recuperar una imagen reconstruida de la topografía del planeta.

La parte difícil es que, si bien el desplazamiento Doppler le proporciona una discriminación este-oeste , ya que un lado se mueve hacia usted mientras que el otro se aleja (suponiendo que el eje de rotación es "arriba-abajo"), no hay una manera fácil de diferenciar entre el dos hemisferios en la señal reflejada.

Así, la ambigüedad norte-sur significa que no hay diferencia temporal entre una señal reflejada desde el hemisferio superior y la inferior. Digamos a 50 grados Norte y 50 grados Sur. Las señales tendrían AMBAS el mismo retraso (ya que están a la misma distancia) y el mismo desplazamiento Doppler (ya que ambas giran a la misma velocidad).

Recuerde que para un objeto esférico de radio R cuyo eje es perpendicular a nosotros, la velocidad proyectada en la línea de visión (radial) será:

dónde$T$es el periodo,$\phi$es la latitud y$\lambda$es la longitud. Es simétrico con respecto al ecuador (comportamiento del coseno) pero varía monótonamente de este a oeste (seno).

Sin embargo, hay soluciones para esto si el objeto es lo suficientemente grande. Si tiene un plato enorme y el objeto tiene un tamaño angular en la misma escala que el ancho del haz de su plato, puede registrar datos con el haz iluminando primero un hemisferio con más fuerza y ​​luego el otro. Eso proporciona información adicional, y con la resta y el modelado suficiente se puede superar la ambigüedad Norte-Sur.

Por supuesto, si el eje de rotación del cuerpo está orientado oblicuamente hacia o desde nosotros, la simetría se rompe y la ambigüedad también se puede resolver en algunos casos.

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Derecha: Una imagen de radar muestra el asteroide 3122 Florence y pequeños ecos de sus dos lunas. Aquí hay una animación que los muestra más claramente. La dirección de la iluminación del radar (y, por lo tanto, la dirección hacia la Tierra) está en la parte superior". Desde aquí . NASA/Laboratorio de Propulsión a Chorro. Este es un pequeño subconjunto de los fotogramas contenidos en el GIF original de 36 MB, y el tamaño se ha disminuido por un factor de 2 para encajar en el límite de MB de SE de 2. De la pregunta ¿ Cuál es la geometría física de este aparente "eclipse" de una pequeña luna del asteroide Florence?

Nota: Estas dos imágenes no tienen necesariamente la misma orientación.