アレシボはどのようにしてタイタンのメタン湖を検出し、土星の環をイメージしましたか？

レーダーによって測定された太陽系物体までの最遠距離に対するこの答えは？土星のリング、およびアンカバートラベルポスト、アレシボ天文台、プエルトリコ– 50年以上に渡る世界最大の電波望遠鏡についての言及：

アレシボ天文台の他の成果には、次のものがあります。

• 歴史上初めての小惑星の直接画像。
• 水星の極での水の氷の堆積物の発見。
• 地球近くの小惑星を追跡して、影響のリスクを監視します。
• 金星の雲で覆われた表面のマッピング。
• 土星のリングのレーダー画像。リング構造の新しい詳細を明らかにします。
• 土星の衛星、タイタンでメタン湖を初めて発見。
• 月を伴う小惑星の最初の検出。

質問：アレシボはどのようにしてタイタンのメタン湖を検出し、土星の環をイメージしましたか？これらは、単一の電波望遠鏡にとって地球からのかなり注目すべき偉業です。彼らはどのように行われましたか？引用を見つけて、リングの画像とメタン湖の証拠の例を示すことはできますか？

タイタン「レーキ」：

科学におけるオープンアクセス出版：タイタンに液体表面のためのレーダー証拠キャンベル、DB、ブラック、GJ、カーター、LM、およびOstro編、SJ、サイエンス302、5644、頁431-434、2003年10月17日DOI：10.1126 /科学。 1088969

これは 本当にエレガントな実験でした！連続した無変調の円偏波13 cm波がアレシボから土星/タイタンシステムに向けて送信され、ドップラーシフトを使用して戻り信号がタイタンから分離されました。

表面の大部分は粗いので、タイタンの円盤全体の領域から信号が返されます。月はゆっくり回転しますが、「左側」と「右側」からの戻り電力は、より高い周波数とより低い周波数にシフトします。

しかし、いくつかの観測期間中、タイタンの既知の半径方向の速度に対してドップラーシフトがゼロである非常に強く顕著な反射があり、このピークは鏡面反射に起因しています。受信した偏光をチェックすると、粗い表面からのパワーは両方の円偏光状態で返されますが、推定された鏡面反射成分は予想される円偏光状態にあるだけです。

@Martin Kochanskiの思慮深い回答で指摘されているように、返された鏡面反射がメタンに由来するというレーダー観測からの決定はありません。これは、当時のタイタンの化学に関する既知の情報（2003）に基づいて、推定された湖の推定されたコンポーネントにすぎません。

2001年11月と12月の16夜と2002年11月と12月の9夜にタイタンを観測し、305mのアレシボ望遠鏡で13cmの波長で送信し、アレシボでエコーを受信しました。タイタンの自転周期と軌道周期は15.9日であり、2001年の観測は経度の均一な22.6°（〜800 km）間隔で取得されました。2002年の9つの観測では、均一なカバレッジは提供されませんでした。地下道の緯度は、2001年に25.9°S、2002年に26.2°Sであり、南端で最も遠い。観測中の土星システムへの往復の光時間は2時間15分であり、Arecibo望遠鏡の追跡時間は限られているため、信号の受信はタイタンの回転の0.5°（20サブアースポイントの運動km）。2001年の1晩および2002年のほとんどの観測（およびタイタンまでの距離測定を試みたときのその他の観測）では、100 mのグリーンバンク望遠鏡（GBT）も使用され、完全な往復のエコーを受信しました時間。これらのデータの信号対雑音比は、Areciboがエコーを受信した場合よりも低くなりますが、2.1°のタイタンの回転に対応する受信時間が長いため、より多くの地表の位置を調査できました。

以下はタイタンのデータの一部です。

図3. 2002年に地球の経度が80°で観測された、1.0 Hzの解像度でのOCレーダーエコースペクトル。エコーの鏡面反射成分の正規化された断面とRMSスロープは、それぞれ0.023と0.2°です。

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図1.タイタンの5つの亜地球経度に対する2001年のデータからのアレシボレーダーエコースペクトル。スペクトルは、受信した円偏光の予想される（OC）感覚と交差分極（SC）感覚の両方について示されています。縦軸はノイズの標準偏差です。タイタンの四肢間のドップラー拡張帯域幅は325 Hzです。OCスペクトルの4つは、0 Hzで鏡面反射成分の証拠を示しています。

「イメージ」された土星のリング（遅延ドップラー）：

土星の輪のレーダー画像からNicholson、PD et al。、Icarus 177（2005）32–62、doi：10.1016 / j.icarus.2005.03.023

アレシボ皿には土星とその環の横方向の広がりを空間的に解決する方法がないため、以下の「イメージ」は従来のイメージではありません。これは、アレシボによって送信された12.6 cm、約500 kWのレーダーブロードキャストを使用した「遅延ドップラー」画像です。往復の点灯時間は約135分でした。アレシボは天頂からのステアリングが制限されているため（<19.7度）、最大土星は理想的な条件下でも166分間しか皿に到達できませんでした。

縦軸は、約+/- 800ミリ秒の遅延を示していますが、これは空間分解能を示していますが、放射状または深さ方向です。横軸はドップラーシフトです。+/- 300 kHzシフトは、リング内の粒子の軌道速度を表します。

上記のタイタン鏡面反射は連続ビームまたはCWビームを使用して行われましたが、遅延ドップラーイメージング技術では、周波数ホッピングパターンを使用したビームの周波数変調が必要です。既知のパターンを使用して相関関数を記録された受信信号に適用することにより、さまざまな戻り時間とさまざまなドップラーシフトを持つ成分を抽出でき、その結果がhzstogramされ、以下の遅延ドップラーイメージが生成されます。

これは標準的な手法であり、他の惑星や小惑星の画像化に使用されています。以下の項目と参照を参照してください。

• この回答へのドップラーレーダーは、上の惑星の表面の赤道を撮影する際に、「南北の曖昧さを」原因は何？
• なぜ金星の表面のレーダー地図に欠けているスライスがあるのですか？
• 小惑星フローレンスの小さな月のこの見かけの「日食」の物理的形状は何ですか？
• NEO小惑星の遅延ドップラーレーダー画像は、それが十分に速く回転する場合にのみ可能ですか？

図2.（a）1999年10月、（b）2000年11月、（c）2001年12月、および（d）2003年1月に取得されたデータから構築された遅延ドップラー画像。ノイズ比。遅延セルとドップラーセルが平行で、AリングとBリングが互いに交差しているように見える各画像の4つの明るい領域に注意してください。

メタン湖は検出されませんでした。

その結果、タイタンは光沢があり（レーダーの観点から）、つまり、反射は粗い表面ではなく滑らかな表面からのものであり、同時にあまり強くありませんでした。

その結果（2003年の新しい科学者の記事のレーダーによると、あなたの質問へのコメントの1つにリンクされているタイタンのメタン湖が明らかになっています）、「一部の研究者は、これらはメタン湖であり、衝突クレーターに位置していると信じています。他の研究者は異なる説明を考えるかもしれません。

私たちが知るようになった場合は、他の証拠と推論から、あるいは単に除去により、そこにいることをしているタイタンにメタンの湖は、その後、アレシボはそれらを見ていると主張することができます。しかし、それだけでは、それらがメタンであること、またはそれらが湖であることさえ証明していません。

同様に、誰かが1961年に宇宙望遠鏡を打ち上げて火星の高品質のカラー画像を作成した場合、彼らはアレシボの原理に基づいて「火星の季節的な植生サイクルの最初の検出」を主張できたでしょう。それが季節による色の変化でした。