能夠拍到冥王星的攝影機是什麼樣子?

作者 | 發布日期 2015 年 07 月 17 日 10:24 | 分類 天文 , 電子娛樂 follow us in feedly
雷鋒網 配圖

在 1930 年被發現之後,我們眼裡的冥王星一直是一個遙不可及而神秘的存在。然而在近日,當新視野號發回了冥王星的清晰照片後,我們終於有機會一睹它的真面目。



而讓我們感到好奇的是,照片的背後,是什麼樣的攝影機擔任起了此次記錄的重任?

The Atlantic 的記者採訪了技術項目的工程師 Lisa Hardaway,雷鋒網小編為大家整理編譯出她關於攝影機的解答。

攝影設備統稱為「Ralph」,它能夠捕捉可見光和紅外線。因此,我們從照片上看到的冥王星具有黑色和棕褐色的高分辨率的圖像,實際上是 Ralph 所收集捕獲的訊息數據。

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因為 Ralph 能夠捕捉可見光,所以它的工作原理有點類似與手機鏡頭,或是我們常見的數位單眼。按照傳統相機的規格,這是一個焦距 75mm、光圈 8,7 的鏡頭。但是,由於其使用環境的特殊性,攝影機要面臨的問題其實有很多。團隊主要遇到的挑戰有如下四個:遇冷收縮、光線問題、質量控制以及時間。

 

挑戰一:遇冷收縮問題

隨著新視野號太空船離太陽越來越遠,溫度也會變得很低(大概在 -238°C 到 -218°C)。

「根據熱脹冷縮原理,不同的材料受冷時縮小的程度也不同。」

因此,團隊的解決方案是,用同一材料來製作攝影機的某一部位。按照雷鋒網小編的理解,也就是說,既然攝影機遇冷一定會縮小,為了保證機器的正常運作,同一部位就必須選擇同一材料。

「我們採用鋁來製作反光鏡和底座,這樣它們便會按同樣的比率縮小,保持焦距不變。」

要把鋁做成攝影機的反光鏡可非易事,團隊採用了鑽石打磨,才把普通的鋁製造成能夠反光的反光鏡片;而鏡頭仍然採用玻璃製作。

在地球上,團隊進行了模擬測試,以保證攝影機在太空中也能正常運作。

 

挑戰二:光線問題

因為 Ralph 選擇了自然採光,這就意味著光源來自 59 億公里的太陽。而在新視野號飛躍冥王星時,要拍攝它背面照片很有可能遭遇光源不足的問題。對此,它的唯一光源就只有冥衛一凱倫反射太陽的光線。

「標準相機中,我們可以對光圈進行調整,或者調整參數,使曝光的程度達到最平衡的狀態。」但在太空裡,這樣的操作便是難上加難。

對於這一問題,Hardaway 和其團隊「沒有其他選擇」,

「只能利用少量的光線並將其轉換為圖像。」

而在太空船發射直至到達火星之前,相機的鏡頭蓋一直是關閉的。因為團隊把鏡頭的光圈調得很大,如果在離太陽過近之時打開,鏡頭過曝,可能會把自己燒壞。

在 2007 年,新視野號抵達木星,拍攝了這張照片。

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挑戰三:質量

我們都知道,在太空飛行中,科學家們對於太空船自身的質量可謂是斤斤計較,每增加一點點重量,可能就會對太空船增加額外負擔。因此,攝影機的質量也成為了團隊需要嚴格控制的重點。

相對於太空船而言,攝影機所需要的燃料幾乎可以忽略不計,因此重點便落在了攝影機自身的重量控制上。

「最終,Ralph 的質量是 23 磅,低於 NASA 的要求。它也非常低能耗,功率只相當於一個小夜燈(7w)。」

 

挑戰四:時間

新視野號會在宇宙空間飛行九年半的時間,普通相機在地球上需要小心保護才能保存如此長的時間,更何況是在神秘難測的太空裡?

「我們的系統會對適應空間環境,特別是輻射和熱脹冷縮,畢竟它是一個要服役九年半的攝影機。」

NASA 給團隊從設計到測試完畢的時間期限是三年,而團隊只花了不到兩年(22 個月)就完成了任務。如何讓攝影機經歷九年多的飛行而依然正常運作,時間是最大的敵人,不過他們終於做到了。

接下來,它的征途是古柏帶,以及海王星之外的矮行星。這大概還需要花費數年時間,而且還要考慮到燃料告罄的問題。但至少現在,Ralph 已經完成了拍攝冥王星的任務。Hardaway 表示:

「從地球上看冥王星,它原來只是一個小小的像素點……不過現在,很開心能夠看到這些照片呈現在世人面前。」

(本文由 雷鋒網 授權轉載) 

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