NASA行星絮語,飛越太陽系的攝影師們

引言圖片-NASA行星絮語,飛越太陽系的攝影師們日前好奇號登陸火星,陸續傳回許多令人驚奇的照片,其實早在1970年代,美國NASA太空總署就曾先後發射多台無人行星探測機,前往太陽系各大行星進行攝影,從遠方回傳的珍貴影像,至今仍然廣為學界分析使用。在浩大的太陽系探索與攝影之旅中,其中以「先鋒十號、十一號」與「航海家一號、二號」最為傳奇,不只一口氣造訪太陽系多顆行星,目前也都成為首批離開太陽系的人造物體。

 

無人行星探測機

想要清楚拍攝星球的面貌,最好的方法就是直接飛過去,但如果要載太空人攝影師過去,以目前的航太科技是不太可行的,例如地球與木星之間距離就高達四億公里,畢竟我們人類目前最遠只到過月球,而且花費的資金也是天文數字。不過早在1970年代,美國太空總署NASA的科學家就研擬出一個辦法,就是發射無人行星探測機前往拍攝,也是最安全、最省經費的行星攝影方案。


▲NASA無人行星探測機:先鋒十號,於1972年3月3日升空,是第一艘拜訪木星的無人行星探測機。(圖片出自NASA


▲NASA無人行星探測機:航海家二號,於1977年8月20日升空,拍攝了木星、土星、天王星與海王星。(圖片出自NASA

早在1950年代,美國與前蘇聯就展開了太陽系行星的探索,而擔任這些任務的要角,就是無人行星探測機,其中最具代表性的,就屬美國於1970年代發射升空的「先鋒十號、十一號」,以及「航海家一號、二號」,而這些無人行星探測機,我們也可以把它們想成會自動飛行的相機。

太陽系行星之間的距離相當遠,飛行需要的時間與燃料相當可觀,所以也不可能採用傳統的燃料推進方式來前進,科學家就研擬出一套辦法,叫做重力助推(Gravity assist)飛行法。

所謂的重力助推飛行法,1918年由前蘇聯科學家率先提出構想,一直到1970年代才得以體現,就是利用行星之間的萬有引力,來讓無人行星探測機節省燃料與變更軌道,就好比在鉛球上綁一條繩子,然後轉圈圈再把鉛球甩出去一樣。重力助推飛行法,不僅能節省燃料與變更軌道,還能大幅加速無人行星探測機,例如1997年發射升空,目前仍在運作中的無人行星探測機卡西尼—惠更斯號」,就先後利用地球、月球、金星與木星的重力助推,達到秒速15.7公里(時速56520公里)的飛行速度。


▲美國與歐洲合作的無人行星探測機:卡西尼–惠更斯號。(圖片出自NASA


行星攝影所使用的相機

1970年代數位相機仍未普及,技術也未成熟,為了拍攝行星的高解析照片,NASA科學家經常在無人行星探測機裝置了科學成像系統(Imaging Science Subsystem,簡稱ISS)這套相機,屬於「慢掃瞄光導攝像管攝像機」的一種,與現今的數位相機不同,使用類比訊號來掃瞄、記錄影像,並轉換成電波訊號傳回遙遠的地球。

航海家一號、二號無人行星探測機皆使用這套系統,並搭載了兩組不同相機。拍攝廣角端,使用200mm光圈F3.0的鏡頭;拍攝望遠端,則切換成1500mm光圈F8.5鏡頭。以現今的像素來算,最高解析度為800x800,相機解像力雖然不是很驚人,但在1970年代仍是一時之選。


▲航海家一號、二號所使用的相機構造圖。左為望遠鏡頭,右為廣角鏡頭。(圖片出自NASA


▲科學家通常使用核能電池「放射性同位素熱電機」,做為無人行星探測機的長時間電力來源。(圖片來自NASA


▲組裝中的航海家號。(圖片來自NASA

 

(下一頁有精彩的近距離木星、土星照片)

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