Что вызывает «неоднозначность север-юг», когда доплеровский радар отображает экватор поверхности планеты?

Это отличный вопрос!

Визуализация с задержкой доплера — это метод получения изображения, представляющего топографию вращающегося тела, обычно когда оно находится так далеко, что невозможно разрешить объект с помощью традиционных изображений, радиолокационных или оптических.

С Земли на астероид или планету посылается мощный радиолокационный сигнал, а возвращающийся на Землю отраженный сигнал записывается и анализируется. «Особый соус», который позволяет технике работать, — это псевдослучайная последовательность, закодированная в модуляцию исходящего сигнала. Используя методы корреляции, можно извлечь отраженные компоненты из диапазона различных задержек из-за разных расстояний до каждой части планеты и разных доплеровских сдвигов из-за разных проекций (лучевых) скоростей каждой части планеты.

Необработанные данные довольно беспорядочны, но после того, как вы запишете, как тело вращается значительную часть полного оборота, используя моделирование, вы можете восстановить реконструированное изображение топографии планеты.

Сложность заключается в том, что, хотя доплеровский сдвиг дает вам различение восток-запад, поскольку одна сторона движется к вам, а другая удаляется от вас (при условии, что ось вращения «вверх-вниз»), нет простого способа определить разницу между два полушария в отраженном сигнале.

Таким образом, неоднозначность север-юг означает, что нет временной разницы между сигналом, отраженным от верхней полусферы и от нижней. Скажем, 50 градусов северной широты и 50 градусов южной широты. Сигналы будут иметь ОБА одинаковую задержку (поскольку они находятся на одинаковом расстоянии) и одинаковый доплеровский сдвиг (поскольку они оба вращаются с одинаковой скоростью.

Помните, что для сферического объекта радиуса R, ось которого перпендикулярна нам, проекция лучевой скорости будет:

где$T$это период,$\phi$это широта и$\lambda$это долгота. Он симметричен относительно экватора (косинусоидальное поведение), но изменяется монотонно с востока на запад (синусоидальный).

Однако есть решения для этого, если объект достаточно большой. Если у вас есть огромная тарелка и объект имеет угловой размер в том же масштабе, что и ширина луча вашей тарелки, вы можете записывать данные с лучом, освещающим сначала одно полушарие сильнее, затем другое. Это дает некоторую дополнительную информацию, и с помощью вычитания и достаточного моделирования можно преодолеть двусмысленность Север-Юг.

Конечно, если ось вращения тела направлена ​​наклонно к нам или от нас, то симметрия нарушается и в некоторых случаях неоднозначность также может быть разрешена.

Связанные и, возможно, полезные:

• Space SE: Почему на радиолокационных картах поверхности Венеры отсутствуют срезы?

• Эмили Лакдавалла Как радиотелескопы получают «изображения» астероидов

Слева: очень медленная GIF-ка из книги Эмили Лакдавалла « Как радиотелескопы получают «изображения» астероидов».

Справа: радиолокационное изображение показывает астероид 3122 Флоренция и крошечные эхо-сигналы от двух его спутников. Вот анимация , которая показывает их более четко. Направление освещения радара (и, следовательно, направление на Землю) указано вверху». Отсюда . НАСА / Лаборатория реактивного движения. уменьшено в 2 раза, чтобы соответствовать ограничению SE в 2 МБ Из вопроса Какова физическая геометрия этого очевидного «затмения» крошечной луны астероида Флоренция?

Примечание. Эти два изображения не обязательно имеют одинаковую ориентацию.