Люди на Луне

Сравнение аэрофотоснимка макета лунного модуля на Земле (слева), спутникового снимка с околоземной орбиты того же макета (в центре) и снимка LROC места посадки Apollo 12 (справа). Google, Maxar, NASA

Большинство спутниковых снимков Земли, которые использует Google, имеют линейное разрешение 0,5 м. Более высокое разрешение картографических снимков этого сервиса достигается уже аэрофотосъемкой. Поэтому, сравнивая качество фотографий Луны и Google-карт Земли, следует сначала убедиться, что мы сравниваем именно космические снимки.

Сравнение возможностей околоземных спутников и LROC удобно проводить благодаря полноразмерному макету лунного модуля Apollo, который установлен во дворе Института Франклина в Филадельфии. Используя сервис Map Google Pro, мы можем посмотреть несколько снимков, сделанных за последние годы. Чтобы отличить спутниковый снимок от аэрофото, нужно обратить внимание на поставщика фотографии. Спутниковые данные Google закупает у американской компании DigitalGlobe, которая в прошлом году вошла в холдинг Maxar Technologies, – их спутниковые снимки Земли лучшие на мировом рынке спутниковой съемки.

Нижняя ступень лунного модуля, следы и оставленное оборудование в съемке кинокамеры из иллюминатора стартовой ступени лунного модуля Apollo 15. NASA

До 2015 года спутниковые компании США не имели прав на то, чтобы выкладывать в открытый доступ снимки Земли с разрешением выше 0,5 м. Это ограничение накладывал Пентагон, который в единоличном порядке закупал снимки более высокого разрешения. Затем ограничение сдвинули до 0,3 м. Таким образом, снимки DigitalGlobe до 2015 года имеют разрешение 0,5 м или хуже. Теперь мы можем сравнить спутниковое фото макета лунного модуля в Филадельфии со снимками первой ступени лунных модулей Apollo, которые остались на Луне.

Контраст лунных снимков заметно выше из-за того, что сама Луна довольно темная: она отражает от 6 до 12 % солнечного света. Лунный модуль же покрыт светоотражающей теплозащитой, что делает его значительно ярче того уровня освещения, на который настроена лунная камера. В остальном видимость деталей модуля вполне сравнима с аэрофотосъемкой и превосходит околоземный коммерческий спутник.

Убедившись, что разрешение снимков лунной камеры вполне сопоставимо с кадрами самых «дальнобойных» околоземных спутников, зададимся следующим вопросом: почему лунные снимки не лучше земных?

Про стоимость и сроки изготовления мы уже говорили, но если сопоставить потенциальные возможности оптики камеры NAC с фактическим разрешением ее снимков, то окажется, что угловое разрешение могло бы быть в три раза лучше! Что же заставило NASA сознательно отказаться от возможности увидеть поверхность Луны с большей детализацией?

Угловое разрешение объектива фотоаппарата или телескопа зависит от диаметра. Для сравнения: диаметр главного зеркала телескопа NAC LRO – 195 мм, диаметр зеркала WorldView-3 – 1100 мм, а диаметр зеркала космического телескопа Hubble – 2400 мм. Зная диаметр главного зеркала телескопа, можно рассчитать по известным формулам предельное угловое разрешение изображений, которые он способен создавать.

Сравнение размеров оптических инструментов космических аппаратов LRO, MRO, WorldView-3 и Hubble. NASA, ESA, Maxar

Для расчета фактического углового разрешения телескопа, с поправкой на разные длины волн и качество изготовления телескопа, астрономы разработали упрощенные формулы. Так, физик Джон Рэлей предложил формулу: r = 140/D, где r – угловое разрешение в угловых секундах, D – диаметр телескопа в миллиметрах. Астроном Уильям Доус (William Rutter Dawes) предложил другой параметр: r = 116/D.

Так, по Рэлею, разрешение NAC LRO получается 0,7 угловой секунды, а по Доусу – 0,59 угловой секунды. Фактически же в характеристиках камеры указано 2 угловые секунды – именно столько займет 0,5 м с расстояния 50 км.

Получается, мы видим более чем трехкратное несоответствие между теоретическими возможностями оптики NAC LRO и реальными кадрами. Видимо, повлиял какой-то иной фактор, и, чтобы его узнать, нам придется учесть еще одну характеристику камеры – угол обзора.

Угол обзора – важный параметр для любого фотообъектива или телескопа. Широкоугольные объективы охватывают большое поле зрения (в англоязычной терминологии – field of view), но они уже не могут различать мелких деталей в каждой точке съемки. Узкоугольные объективы фотографы обычно называют длиннофокусными, или телефото, или просто телевиками. Они обладают возможностью «приближать», т. е. позволяют рассмотреть малую область, но с высоким разрешением. Некоторые ручные фотокамеры могут менять угол обзора, приближать и отдалять изображение – так называемый зум, но на космические аппараты такие камеры стараются не ставить из-за обилия подвижных частей, которые могут выйти из строя. Чаще в космос отправляют телескопы с фиксированными характеристиками, фотографы такие объективы называют «фиксы». Привычные всем смартфоны также имеют камеры с фиксированным углом обзора, что роднит их с космическими аппаратами.