Возможна ли радиолокационная визуализация околоземных астероидов с помощью замедленного доплера только в том случае, если они вращаются достаточно быстро?

В блоге Эмили Лакдавалла на странице Планетарного общества объясняются некоторые основные принципы радиолокационной визуализации астероидов и других астрономических тел.

Радар с одной тарелки (обычно !!) не имеет достаточного разрешения для изображения астероида. Однако чудо математики позволяет в любом случае восстановить изображение объекта. Сложный модулированный (закодированный) длинный радиолокационный импульс передается в сторону астероида, и каждая точка на нем отражает небольшую часть импульса обратно на Землю. Однако каждое отражение слегка изменено уникальным образом.

Части астероида, которые находятся дальше, возвращают отражения, которые задерживаются из-за дополнительного пройденного расстояния, и каждое отражение смещается доплеровским сдвигом на проекцию на луч зрения скорости вращения этой точки вокруг центра масс астероида. Доплеровский сдвиг происходит как по частоте, так и по фазе, и, следовательно, также сжимает/растягивает отражение во времени.

Сопоставляя исходный шаблон кодирования с полученным сигналом, можно получить информацию о трехмерной структуре астероида и создать своего рода изображение. Поскольку у вас есть как абсолютная разница во времени, так и вращение, теперь у вас есть довольно точное физическое измерение абсолютного размера (и, конечно, формы) астероида, а также его точного расстояния.

Но что, если бы он не вращался?

Это приводит меня к, возможно, неизбежному выводу, что астероид, который не вращался или, что еще хуже, вращался очень-очень медленно, так что он был обращен к Земле одной и той же стороной, когда он проходил мимо, было бы невозможно создать изображение или поперечный размер с помощью РЛС с использованием метода запаздывания-доплера . Вы все еще можете получить какую-то информацию о размере вдоль линии обзора и, конечно же, точное расстояние, но поперечную форму и размер невозможно будет изобразить.

Это может быть 100x100 м или 10x10 км (крайний пример) в поперечной плоскости, и, кроме предположений о радиолокационном альбедо, вы никогда не узнаете, какие именно.

Я ошибаюсь? Есть что-то, что я пропустил?

примечание: чтобы не увязнуть слишком глубоко в математике в рамках постановки вопроса, я избегал осложнений трехмерного вращения (кувыркания) или того, что вращение вдоль направления взгляда почти так же плохо, как отсутствие вращения вообще, или потенциальное использование поляризации или расширенного моделирования. Однако это не означает, что их также нужно исключать из ответов!

Астероид 2014 JO25 сейчас проходит относительно близко от Земли, и радарные снимки уже начинают публиковаться! См., например, NPR « Астероид пролетает мимо Земли сегодня в связи с ближайшим посещением за 400 лет» , а также изображения и видео, связанные с ним.

ниже: обрезанное изображение из статьи NPR с подписью:

Этот композит из 30 изображений астероида 2014 JO25 был создан с использованием радиолокационных данных, собранных с помощью радара Солнечной системы Голдстоун НАСА в пустыне Мохаве в Калифорнии. НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт/GSSR

введите описание изображения здесь

Что ж, если вы предположите, что лицо, которое он вам показывает, неподвижно, то я не вижу причин, по которым вы не смогли бы получить топографическую карту этого лица, если бы у вас было достаточно высокое разрешение.
@Phiteros Нет! Не с задержкой-доплером. Не на 1-километровом астероиде на расстоянии 1 000 000 км. Если у вас есть метод - предложите его, и не забудьте про математику! Сначала прочтите объяснение Лакдаваллы. Это не традиционная визуализация.
Я понимаю концепцию DDM. Но если у вас достаточно высокое разрешение, вы можете просто отразить сигнал от небольшой части астероида и рассчитать расстояние до этой небольшой области. Повторяйте, пока не создадите карту всей поверхности. По сути, вы будете определять расстояние с помощью радара на каждой небольшой части поверхности. Конечно, вы должны быть очень точными и иметь впечатляющее разрешение.
@Phiteros, но у тебя этого нет. Если бы у вас была 100-метровая антенна и длина волны 1 см, у вас было бы разрешение 10 − 4 . На расстоянии 1 000 000 км каждый пиксель будет равен 100 км. На этом изображении каждый пиксель составляет всего несколько метров!
В своем вопросе вы не указали никаких характеристик нашего оборудования или расстояния до этого объекта ;) И если вы использовали такой инструмент, как VLBA, вы можете получить угловое разрешение 0,17 угловых миллисекунд. На самом деле этого достаточно, чтобы разрешить ваш астероид. Вот если добавить туда что-то вроде РадиоАстрона, получится еще более высокое угловое разрешение.
Хорошо понял. Я добавлю в заголовок «задержка-доплер», так как это действительно то, что меня интересует, но вы могли бы подумать о добавлении дополнительного ответа в случае, когда ограничение «задержка-доплер» было ослаблено. Это хороший момент!
Используя атомные часы в качестве временной базы, задержку и доплеровский сдвиг можно измерить с невероятной точностью. Сопоставимое направленное разрешение потребовало бы гигантской параболической антенны.
@Uwe Итак, кажется, что при отсутствии достаточного вращения и без предположения о радиолокационном альбедо единственной альтернативой является прямое итерферометрическое изображение? (за исключением долгосрочных орбитальных исследований или отправки зонда, конечно)
@Phiteros Я только что заметил, что на самом деле не редактировал. Теперь задержка-допплер является явной, но ваше предостережение важно для хорошего ответа или отдельного ответа. Если выяснится ответ на вопрос, возможна ли радиолокационная визуализация околоземных астероидов с помощью замедленного доплера только в том случае, если они вращаются достаточно быстро? "да", то похоже, что материала для хорошего ответа, распределенного среди всех комментариев здесь, достаточно. НО если ответ "нет", то это будет действительно интересный ответ. Хотя я, конечно, не могу представить, как это могло быть. (Наверное, именно поэтому я и спросил в первую очередь!)
Я только что столкнулся с этим вопросом и заметил, что в течение года не было никакой активности. Интересно, было бы вам интересно расширить свой комментарий до ответа?

Ответы (1)

примечание: после двух лет отсутствия ответа я решил ответить сам. Пожалуйста, не стесняйтесь отвечать, если вы хотите внести что-то еще!

Возможна ли радиолокационная визуализация околоземных астероидов с помощью замедленного доплера только в том случае, если они вращаются достаточно быстро?

Это правильно. Этот конкретный метод имеет очень мало или вообще не имеет внутреннего пространственного разрешения в поперечном направлении † . Ось «задержки» дает вам амплитуду отражения как функцию расстояния, но это только одно измерение.

Вам нужна доплеровская часть, чтобы построить любую структурную модель в поперечном направлении. Если вращения мало или совсем нет, то нет возможности построить 3D-реконструкцию объекта.

† Очень часто разрешения достаточно, чтобы направить интенсивность луча радара больше в сторону «северного» или «южного» полушария, и это необходимо, чтобы различать их. В противном случае невозможно разделить возвращаемый сигнал от каждого полушария. Более подробно это обсуждается в ответах на вопрос Почему на радиолокационных картах поверхности Венеры отсутствуют срезы? .

Возможна ли радиолокационная визуализация околоземных астероидов с помощью замедленного доплера только в том случае, если они вращаются достаточно быстро?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v