日报标题:想给太阳系的八大行星拍一张合照,相机该摆哪儿?
想拍出太阳系的“全家福”,除了往轨道外侧发射探测器,朝里走也是可以的,毕竟从里向外拍也可以看到大多数行星。除了旅行者号的著名合照,在 2010 年,人类史上第二个也是目前最复杂最先进的水星探测器“信使号”在接近水星轨道的位置也拍了一张。
这张照片里可以看到(从左至右)金星,地球 - 月球,木星(和丝颗伽利略卫星),火星,水星和土星。天王星和海王星由于太远太暗没能拍到,毕竟“信使号”的照相机是用于对水星表面进行测绘的,最长曝光时间只有十秒。拍摄的时候,八大行星的位置差不多是这样的:
这是 2010 年 11 月 3 号的示意图,这些行星们还是散布在很大的范围内的。在最内侧水星轨道的“信使号”需要超过 180 度的视角才能把他们尽收眼底。而信使号上的两台照相机中视场最大的也只有 10.5 度,所以和旅行者 1 号一样,它也需要进行不断地“扫描”。由于需要回转的角度较大,信使号实际上分两次拍摄了这些照片,分别是 11 月 3 日和 11 月 16 日。
最近“新视野”号在太空中 9 年的旅程让很多人唏嘘不已,不过我们的信使号虽然“只是”从地球到水星,却也花费了长达 7 年的时间。要知道,地球到冥王星的最小直线距离差不多也有 30 个天文单位,而到水星只有 0.6 个天文单位,而所花费的时间却相差不大。为什么?
都是太阳惹的祸。从地球到水星,太阳的引力会一直拽着“信使号”加速,而信使号本身的动力是无法完成这个任务的,所以和“旅行者 1 号”类似,他必须花费很长的时间等待大行星的引力协助。为了减速到进入水星轨道,“信使号”总共飞越地球一次,金星两次,水星三次,才最终到达水星,并成为水星的人造卫星。
信使号的变轨过程,看上去略复杂,但只要记住它是从外向里运动,并且按照地球 - 金星 - 金星 - 水星 - 水星 - 水星这样的顺序。
信使号于 2004 年发射,那个时候,我们熟悉的佳能 5D 还没有发布,类似产品只有那年一月发布的 1D2,分辨率只有区区 800 万,而且还不是全画幅。考虑到航天器漫长的开发周期和严酷的使用环境,信使号上的相机“跑分”能力更是差强人意:“水星双成像系统”(MDIS)有两台相机,均使用了 Atmel TH7888A CCD (http://www.gaw.ru/pdf/Atmel/ccd/th7888a.pdf),分辨率 1024*1024,也就是刚好入了百万像素的门,在那个时代也就能给普通电脑拍个壁纸。尺寸也只有 14.3*14.3 毫米,差不多相当于 M43 相机传感器的大小,比流行的 APSC 的感光面积还要小一半。 和当时的消费级 CCD 相比,这块芯片唯一出众的地方就是连拍速度了:最高每秒 30 张!这要感谢它除了感光元件,还有一块一样大小的缓存区,不过设计初衷是防止已经感光的数据被宇宙射线损坏,所以拍摄之后立刻从感光去读取到有屏蔽层的数据区。
信使号的水星双成像系统,上方的两根短圆柱体就是镜头。其中宽场相机(WAC)的视场为 10.5 度,全副等效焦距约 220mm。窄场相机(NAC)市场 1.5 度,全副等效焦距 1600mm。窄场相机可对水星表面的成像精度可以达到 20 米。