Солнечные часы на Марсе: зачем марсоходам устройство с цветными метками
На корпусах марсоходов можно заметить небольшую квадратную площадку с вертикальным столбиком, кругами и цветными вставками. Она напоминает миниатюрные солнечные часы, случайно оказавшиеся среди сложных научных приборов. На самом деле это важная калибровочная мишень для камер, которая одновременно действительно способна показывать движение Солнца по марсианскому небу.
Такое устройство называют MarsDial. Первые экземпляры отправились на Марс вместе с аппаратами Spirit и Opportunity, а похожие мишени позднее появились на Curiosity и Perseverance. Их основная задача заключается не в измерении времени, а в том, чтобы фотографии далёкой планеты передавали цвета и яркость как можно точнее.
Камере нужен образец известных цветов
На Земле человек легко понимает, каким должен быть цвет знакомых предметов. На Марсе всё покрыто красноватой пылью, а освещение меняется в зависимости от положения Солнца и состояния атмосферы. Без надёжного ориентира изображение может получиться слишком красным, бледным или тёмным.
По углам MarsDial расположены цветные участки, а в центре находятся светлые и тёмные кольца. Их свойства были точно измерены ещё до запуска. Марсоход фотографирует мишень, после чего специалисты сравнивают полученные оттенки с эталонными значениями и корректируют данные камеры.
Это похоже на цветовую таблицу, которой пользуются профессиональные фотографы. Разница лишь в том, что марсианская мишень должна выдерживать запуск ракеты, космический перелёт, резкие перепады температуры и постоянное воздействие пыли.
Вертикальный столбик помогает оценивать освещение
В центре устройства установлен небольшой стержень — гномон. При солнечном свете он отбрасывает тень на круглую площадку. Направление и длина тени меняются в течение марсианского дня.
Тень даёт учёным дополнительную информацию об освещении. Участки, находящиеся под прямыми лучами, и затенённые области выглядят по-разному. Сравнивая их, специалисты точнее настраивают яркость и контраст изображений.
Возле полудня Солнце находится выше, поэтому тень становится короче. Ближе к вечеру она удлиняется. Именно благодаря этому калибровочная мишень работает как настоящие солнечные часы, хотя научная обработка фотографий остаётся её главной функцией.
Первые MarsDial прибыли на планету в 2004 году
Одинаковые устройства установили на марсоходах Spirit и Opportunity. Spirit совершил посадку 3 января 2004 года, а Opportunity — 24 января. Оба робота получили панорамные камеры Pancam и собственные калибровочные мишени.
Проект создавали не только инженеры. К разработке художественного оформления привлекли астрономов, художников и специалистов по популяризации науки. На поверхности поместили рисунки, слово «Марс» на разных языках и фразу «Два мира, одно Солнце».
Надпись подчёркивала простую идею: Земля и Марс движутся вокруг одной звезды. Солнечный свет позволяет сравнивать два мира, даже если между ними находятся десятки миллионов километров.
Марсианские сутки длиннее земных
Один оборот Марса относительно Солнца продолжается приблизительно 24 часа 39 минут. Такие сутки называют солом. Следовательно, тень на MarsDial движется немного иначе, чем на обычных земных солнечных часах.
Для определения времени необходимо учитывать положение марсохода, сезон и наклон оси планеты. Само устройство не заменяет электронные часы аппарата. Оно скорее наглядно показывает движение Солнца и помогает связывать изображения с условиями освещения в момент съёмки.
Снимки MarsDial также использовали в образовательных программах. Ученики могли наблюдать изменение тени на другой планете и сравнивать его с показаниями самодельных солнечных часов на Земле.
Пыль постепенно меняет внешний вид мишени
Марсианская пыль оседает на всех горизонтальных поверхностях, включая цветные метки. Из-за этого они становятся менее яркими, а отражение света меняется. Учёные учитывают загрязнение при обработке данных.
Пыль нельзя просто протереть рукой или заменить мишень. Прибор должен сохранять полезность годами без обслуживания. Поэтому специалисты регулярно фотографируют его и отслеживают изменения. Иногда ветер частично очищает поверхность, но рассчитывать на это невозможно.
На более новых калибровочных мишенях применяются усовершенствованные материалы и элементы, снижающие влияние пыли. Тем не менее необходимость сравнивать известные цвета с тем, что видит камера, остаётся прежней.
Perseverance получил собственную версию солнечных часов
Марсоход Perseverance использует камеры Mastcam-Z с изменяемым увеличением. Их основная калибровочная мишень тоже совмещена с солнечными часами. На ней находятся цветные и серые образцы, центральный гномон, рисунки и надписи.
Девиз этой версии переводится как «Два мира, одно начало». Он напоминает, что Земля и Марс сформировались из общего протопланетного вещества, но со временем стали очень разными.
В оформлении появились изображения ранних форм жизни, растений, динозавра, людей и космического аппарата. Эти детали не мешают научной работе, но превращают техническую мишень в небольшое послание для будущих исследователей.
Маленький предмет помогает увидеть Марс правдоподобно
MarsDial выглядит скромно рядом с роботизированной рукой, спектрометрами и камерами марсохода. Однако без калибровочной мишени учёным было бы сложнее определять настоящие оттенки грунта и камней, сравнивать снимки, сделанные в разное время, и оценивать влияние атмосферы.
Миниатюрные солнечные часы объединяют точную инженерию, астрономию и искусство. Они показывают время по марсианской тени, помогают исправлять цвет фотографий и напоминают, что оба соседних мира освещает одно и то же Солнце.
