Minulý pátek opět rozvířil vody internetových fanoušků vesmírného výzkumu tým mise New Horizons, dokonce rovnou jeho vedoucí Alan Stern. V pátek večer proběhla v rámci pravidelného pořadu Weekly Space Hangout (o který se starají redaktoři serveru Universe Today) webová konference s opravdu zajímavými hosty. Za všechny jmenujme Sterna, jeho „pravou ruku“ Alici Bowman (ta dohlíží na tým letové kontroly), či neúnavnou publicistku Emily Lakdawalla ze Společnosti pro planetární výzkum. Pojďme si teď stručně shrnout některé novinky kolem tohoto zajímavého projektu. Ještě než se dostaneme ke klíčové novince konce pracovního týdne, zrekapitulujme si krátce, jak je na tom nyní sonda i její tým.
Pro Alana Sterna bylo toto léto nejzajímavějším obdobím jeho profesní dráhy. Vědecký tým mise vypracoval rozsáhlý odborný článek na základě dat, která stačila dorazit do sítě DSN v průběhu konce července a srpna. Text je momentálně pod odbornou kontrolou před publikací, a je pod ním podepsaných plných 152 spoluautorů. V současné době členové týmu připravují ještě rozsáhlejší práci (tzv. white paper), která by měla být dokončena příští měsíc, a veřejně publikována na listopadové „Planetary Science Conference“. Tam bude tématice planetky Pluto a sondě New Horizons věnováno na osmdesát prezentací.
Kromě toho měli vědci mise New Horizons plné ruce práce s oficiální žádostí NASA o prodloužení mise za účelem zkoumání menších objektů Kuiperova pásu. O té jste se rovněž mohli dočíst zde. S tím je spojena spousta papírování a oficialit, takže si členové mise rozhodně nemůžou stěžovat na přebytek volného času. Ale přejděme k jedné z nejzajímavějších otázek, a to jaké množství dat už je bezpečně uloženo v archivech na Zemi?
Objemy se liší podle typu vědeckých přístrojů sondy. Například data dvou důležitých experimentů SWAP a PEPSSI už jsou takřka všechna stažena. Ta tvořila (na rozdíl od snímků) nejmenší obsah z celkového množství přibližně 50 GB dat zaznamenaných v době kolem průletu a uložených ve dvou palubních úložištích SSR (Solid State Recorder). Rovněž data experimentu VB-SDC navrženého a obsluhovaného studenty univerzity v Coloradu jsou už v bezpečí pozemských diskových polí. Naopak třeba z dat UV spektrometru Alice máme stažena necelá tři procenta z celkového množství.
Zatím prošlo downloadem 5-6 % celkového množství dat uložených v paměti sondy, kompletní set bychom měli mít za necelý rok. Sonda se zatím těší dobrému zdraví – tento týden jsme byli svědky další série úžasných nových snímků, které můžete najít zde a zde.
Zdroj: http://www.unmannedspaceflight.com
Měníme strategii – všechno nebo nic
Velké překvapení vyvolalo koncem týdne prohlášení Alana Sterna na Twitteru:
@AlanStern
Not browse! After seeing bad .jpg artifacts in July browse images I opted 2 go right to lossless full dataset downlink. Better.
(Poté, co jsme v červencových datech na snímcích viděli spousty chyb, rozhodli jsme se změnit opatrnou strategii, a začít stahovat všechna data najednou)
Šéf projektu New Horizons ztratil trpělivost při nedávném prohlížení posledních snímků. JPEGy byly plné nežádoucích artefaktů. Tohle že máme stahovat dalších pár měsíců, a marnit čas blátem ztrátových kompresí? A dost. Stern dal příkaz změnit dlouho a pracně plánovanou strategii downloadů dat (připravovanou v podstatě už od roku 2001). Původně bylo pořadí stahovaných dat určeno důležitostí vědeckých experimentů v poměru k nevalné rychlosti, kterou sonda posílá data do sítě DSN.
New Horizons odesílá informace z jeho disků při datovém toku přibližně 1000 b/s. S velkým předstihem navrhli odborníci chronologii stahování dat. Pokud by selhal některý z důležitých palubních systémů, vědci by nepřišli o všechno. Nejdřív budou na Zemi odeslána nejdůležitější data vědeckých experimentů, což znamená absenci rozsáhlých fotoarchivů. Poté začne fáze stahování snímků v nízkém rozlišení a velkým kompresním poměrem a tak dál až k fotkám v největším rozlišení, které tým přislíbil publikovat zhruba do roka.
Alan Stern se však rozhodl pro razantní změnu strategie. Programátoři přepsali instrukce příkazů ohledně priority uploadů, a odeslali je sondě. V současnosti se tedy stahují všechna palubní data v jednom balíku „all in one“, takže se můžeme daleko dřív dočkat zajímavých hi-res snímků i obsáhlých paketů vědeckých dat. Změna strategie má ještě jeden bonus: Pokud nenastanou technické problémy, bude celý balík stažen o několik měsíců dříve, než bylo původně plánováno.
Sternovo rozhodnutí zní opravdu logicky, i když je to trochu sázka na divokou kartu. Pravděpodobnost jakékoli poruchy sondy se s narůstajícím časem zvyšuje, a nemá proto cenu marnit drahocenný čas příjmem a tříděním snímků nevalné vědecké kvality plných šumů a kazů. Extrémní výzvy někdy vyžadují odvážná rozhodnutí.
Pro manažérský personál NASA zabezpečující koordinaci dat se sítí Deep Space Network je tato změna naopak noční můrou. DSN má na starosti množství jiných sond a výzkumných programů. Není jednoduché synchronizovat čas potřebný ke sběru dat všech aktivních misí (to určují do jisté míry i zákony nebeské mechaniky), a zároveň hradit vysoké náklady na provoz třech špičkově vybavených pracovišť (ty už spočívají na bedrech povětšinou amerických daňových poplatníků).
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu
Záhada plutónských měsíců
Jedna z věcí, které nejvíc šokovaly vědecký tým, je absence dalších drobných měsíců Pluto systému. Před průletem dokonce padaly sázky mezi členy mise, kolik nových satelitů palubní kamery objeví. Doposud se nenašly žádné. Což ale neznamená, že nás v budoucnu nečeká nějaké překvapení. Z toho důvodu jsou součástí datového balíku sondy i snímky, které obsahují pouze tmavé pixely. Někteří členové vědeckého týmu byli přímými účastníky mise Voyager. A v případě tohoto projektu se podařilo identifikovat některé nové měsíce až dvě dekády po průletu sondy kolem plynných a ledových obrů. Není proto vyloučeno, že se v průběhu příštích deseti dvaceti let situace změní s nástupem nových technologií a dosud neobjevených technik analýzy dat.
Zdroj: http://www.planetary.org
Ale i ta doposud objevená tělesa nás nepřestávají udivovat. V první řadě jde o procesy, jakými vůbec vznikal celý plutónský systém, nejen jeho hlavní složky Pluto a Charon. Zatím to vypadá na jednu obří impaktní událost – všechny objevené měsíce sdílejí ukázněně společnou rovinu oběžné dráhy. Je dost dobře možné, že těleso, které dnes nazýváme Charonem, mělo původně (před vzájemnou kolizí) podobné rozměry jako Pluto. Pokud nám víc nenapoví data sondy New Horizons, budeme si muset několik desítek let počkat na další mise, či snad dokonce na orbiter, který by se mohl zachytit na plutónské oběžné dráze. Pár takových řešení už bylo Alanu Sternovi nabídnuto. U některých by bohužel menší rychlost a delší brzdná dráha znamenala i více než dvě dekády cestování ze Země na místo činu. Ale objevily se i návrhy, které za využití moderních technologií počítají zhruba se stejnou dobou, kterou potřebovala sonda New Horizons k překonání vzdálenosti k Plutu.
Rozdílná měření hustoty plutónské atmosféry
Závěrem se vraťme k problému, který trápí odborníky už více než měsíc. I o něm jsme se mohli dočíst v nejednom článku, ale řešení zatím bohužel neznáme. V minulosti proběhlo už vícero měření hustoty atmosféry Pluta ze zemského povrchu. Ideální příležitost pro taková měření skýtá zákryt vzdálené hvězdy trpasličí planetou (osvit okrajových oblastí tělesa). Poslední možnost nám vzájemná postavení těles na obloze nabídla pouhé dva týdny před průletem sondy. 30. června se observatoře na zemi i ve vzduchu (projekt SOFIA) zaměřily na svrchní vrstvy planetky Pluto. Byla to poslední důležitá prověrka před samotným průletem.
Sonda New Horizons měla samozřejmě nesrovnatelně lepší podmínky ohledně citlivosti měření. V prvních přijatých souborech (data rádiových experimentů), byla hustota atmosféry nad povrchem Pluta stanovena na 10 mikrobarů (1 mikrobar [10^-6] – jedna miliontina baru). Jenže výsledky pozemních měření byly téměř dvojnásobné (15 – 20 mikrobarů). Takový rozdíl nemůžeme vysvětlit jen díky posunu Pluta do afélia (kde by měla většina částic atmosféry zamrznout a snést se na povrch planetky). Obě měření totiž dělil zanedbatelný počet dnů vůči celkové oběžné periodě Pluta kolem Slunce.
Jedno vysvětlení se nabízí. V případě pozemských měření si můžeme sáhnout jen na nejvyšší části plutónské atmosféry (50 – 100 km nad povrchem). Hodnoty směrem blíže k povrchu už jen matematicky extrapolujeme, a zde se může skrývat jádro pudla. Ale možná jde ještě o úplně jiný problém. Snad se dozvíme víc, až budou stažena všechna data spektrometru Alice pro infračervená pásma, z něhož v současnosti máme v databázi jen pár procent z celkového objemu.
Zdroj: http://pluto.jhuapl.edu/
Věřme, že všechny tyto informace úspěšně dorazí v rámci týdnů maximálně měsíců. Operační tým mise New Horizons už musí řešit i události v daleko větším předstihu. Jedním z nich je bezesporu průlet kolem objektu Kuiperova pásu s prozatím fádním názvem 2014 MU69 (ten by se však měl před průletem změnit). Zatím proběhly tři úspěšné zážehy, které upravily dráhu sondy. A že je to pěkný kus cesty. Další cíl mise New Horizons je vzdálen hodně přes miliardu kilometrů.
V nádržích zatím zbývá přibližně 36 kg paliva. Chemickou přeměnou jednoho kilogramu můžeme změnit delta-v o 5 m/s, ale zdaleka ne všechny zásoby můžou být využity ke změnám dráhy. Vědecký tým potřebuje udržovat orientaci sondy vysílací anténou směrem k naší planetě, to spolyká nějaké množství. Určitá část zásob padne pro testování průletu kolem objektu PT-1 (possible target – možný cíl) a pro průlet samotný. Do toho musíme započítat i situace (a bude jich zřejmě málo, jestli vůbec nějaké nastanou), kdy například citlivá kamera LORRI zachytí nějaký zajímavý objekt, a ten si budeme chtít prohlédnout. I když tento scénář je pravděpodobnější zřejmě až několik týdnů před budoucím průletem.
Poté, co sonda mine primární KBO cíl 2014 MU69, by mělo zbýt v nádržích přibližně pět až patnáct kilogramů pohonných hmot. I s nižším uvedeným množstvím to stačí, aby New Horizons přebral štafetu jeho předchůdců, sond Voyager, a stal se „mezihvězdným poslem“. Třeba se dočkáme dalších zajímavých experimentů, ale na to teď nikdo z týmu New Frontiers/New Horizons nemyslí. Jde o hodně vzdálenou budoucnost.
Popis: Dvě rozdílně zpracované verze snímku atmosféry nad odvrácenou stranou planetky od Slunce, který nasnímaly palubní kamery přibližně 16 hodin po nejtěsnějším přiblížení ze vzdálenosti 770 000 km. Sever planetky je nahoře, kotouč planetky je osvícen Sluncem z pravé horní strany. Záběry už jsou ve větší kvalitě než původní snímky těsně po přeletu 14. července.V levé části je méně upravená verze. Pravá byla upravena tak, aby byly lépe viditelné jednotlivé mlhavé vrstvy atmosféry Pluta.
Kredit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Zdroje informací:
https://www.youtube.com/
http://pluto.jhuapl.edu/
http://www.universetoday.com/
http://www.planetary.org/
http://www.unmannedspaceflight.com/
http://www.nature.com/
http://app.plutosafari.com/
Zdroje obrázků:
http://www.planetary.org/
http://www.unmannedspaceflight.com/
http://pluto.jhuapl.edu/
http://pluto.jhuapl.edu/
K dalšímu cíli má více než miliardu kilometrů. To je cca 7x delší vzdálenost než
mezi Zemí a Sluncem. Tato sonda je fakt úžasná. Skvělý článek!
P.S. Co Alan Stern myslel tím „bad .jpg artifacts“? „Degradované“ pixely nebo „pyramidy mimozemšťanů“ :-)?
JPEG používa stratovú kompresiu, ktorá pri nižšom nastavení kvality (vyššom stupni kompresie) vytvára na obrázku takzvané „artefakty“, čo sú proste chybné časti obrazu. Tie sa vytvárajú v súlade s algoritmom použitej kompresie, keď sa susediace pixely podobnej farby zlúčia do akejsi mapy jednej farby. „Degradovaný“ pixel je však neexistujúca blbosť. Pixel je pixel, základná a nedeliteľná jednotka obrazovej informácie a jeho jedinou vlastnosťou je farba. Čiže už zo svojej podstaty nemôže byť nijako „degradovaný“.
„Děkuji“ za poučení o „degradovaném pixelu“. O pravdu velmi poučné vyjádření :-))
Jen pro jistotu, aby nedošlo k nedorozumění: Pixel (jako abstrakce) je z pohledu grafika, malíře (studenta střední školy) skutečně dále nedělitelný. IMPLEMENTACE pixelu však může být však relativně složitá. New Horizon je více než 5 miliard km daleko. Možností „degradace pixelu“ je proto celá řada.
Vaše hodnocení tohoto pojmu (“ neexistujúca blbosť “ ) je proto mylné 😉
Tohle jsou zcela nesmyslná tvrzení… Prosím, nemaťte náhodné kolemjdoucí.
Nápodobně. A nezapomeňte opravit Wikipedii :-))
Degradaci pixelu právě chápu tak, že jeho původní naměřená hodnota (např. stupeň šedi) je kompresí upravena a tím zničena.
Sonda rozeznala malé měsíce dva měsíce před průletem, tj. asi na 75 mil.km. Jejich identifikaci ale ztěžovalo přesvětlení Plutem a Charónem.
Pokud se bude kamera dívat do tmavého prostoru, odhaduji, že by mohla podobná malá tělesa rozeznat tak z 1 AU. To je tak blízko, že asi změna dráhy nepřichází do úvahy, nehledě, že by se sonda musel vracet na původní dráhu k nyní primárnímu cíli, kterým jak doufám, bude schválen v NASA PT 1.
Mě překvapuje, že se po pětadvaceti letech výzkumů post-JPEG technologií rozhodli použít JPEG (jestli to skutečně *je* JPEG). Jistě by pro ně nebyl problém použít některou z těch metod, které jsou sice pomalejší, ale přesto je možné je i na Mongoose-V aplikovat v čase kratším než je doba přenosu jednoho snímku, což jsou dvě hodiny na nekomprimovaný snímek s 2^23 bity. Musím zapátrat, které metody by šly použít…
Děkuji za perfektní a vyčerpávající souhrn.
Subjektivne, tento clanok ma vsetko, co od dobreho clanku chcem: informacie, technicke detaily, zahadu, teoriu a pokus o vyriesenie zahady. Vynikajuco! Skoda, ze nemam talent na pisanie takych clankov.
@Milan Školuda-dik za vysvetlenie degradovanych snimkov
Pan Školuda se však v jedné věci hluboce mýlí. Jeho vyjádření k pixelu má podstatu ve školní představě o jeho nedělitelnosti. Praktici však vědí, že je implementován. A může být i velmi složitě. Prostor pro jeho degradaci je tudíž poměrně rozsáhlý. A to i vzhledem ke vzdálenosti sondy 😉
Faktem je, že většina lidí skutečně nerozumí, co to pixel je. Pixel je bezrozměrný, bodový vzorek spojité funkce dvou proměnných. Tedy skutečně nemůže být „degradován“ o nic více než jakýkoli jiný ideální, čistě matematický koncept. Viz mj. http://alvyray.com/Memos/CG/Microsoft/6_pixel.pdf .
Máte pravdu v tom, že mnoho lidí nerozumí, co je pixel. K jeho poznání bych ale určitě nepoužíval matematický koncept. Pro začátek stačí Wiki :-). Např:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Pixel
https://cs.wikipedia.org/wiki/RGB
https://cs.wikipedia.org/wiki/CMYK
Vzhledem k tomu, že to JE abstraktní matematický koncept, nemůžete k jeho pochopení používat cokoli jiného než matematiku. Děkuji za upozornění na chyby ve Wikipedii, bude nezbytné je v budoucnu napravit a článek přepsat.
Nemyslím si, že je potřeba k pochopení, co je to pixel, používat matematický jazyk. Stačí pouhá představivost a logika.
Například já pixel vůbec neumím matematicky definovat (ani nevím, jak se to dělá), přesto vím naprosto přesně, co to je 😉
Ja pixel chapem ako ‚monochromaticky‘ elektronicky element, nie ako zlozku RGB. Aky je dalsi priestor na degradovanie dat z takehoto monochromatickeho pixela?
Pokud mluvíme o datech (tedy změřených hodnotách), tak ty jsou v digitální formě a dají se znehodnotit pouze ztrátovou kompresí nebo tím, že nedorazí na Zem vůbec. Vzdálenost sondy by na to neměla mít vliv.
Pokud myslíte snímací element na čipu kamery (kterému se v normální mluvě také říká pixel stejně jako zobrazovacímu elementu monitoru), tak ten naprosto normálně stárne a tím většinou ztrácí citlivost. Kosmické záření a vůbec nepříznivé podmínky volného prostoru tomu značně pomáhají. Obvykle je možné ztrátu citlivosti v určitém rozsahu kompenzovat překalibrováním. Další možností, jak se může znehodnotit informace ze snímače, je zahlcení snímače částicemi kosmického záření. Tady to není zřetelné, ale na snímcích ze sond SOHO nebo STEREO, které sledují Slunce, je vidět spousta bílých teček a šmouh někdy ztrátovou kompresí rozplizlých do bizarních útvarů (http://stereo.gsfc.nasa.gov/gallery/item.php?id=stereoimages&iid=233). Ty jsou způsobeny tím, že snímacím elementem prolétne vysokoenergetická částice a vybudí ho. Podobný šum je vidět i na obrázcích ze zařízení pohybujících se v radioaktivitou zamořeném prostředí. Další zkreslení může nastat ještě před tím, než světlo dorazí na čip jako třeba vady optiky, která také stárne.
Já bych dodal, že pixel je element, ale nikoliv monochromatický. Je implementován (realizován) formátem (např. RGB, CMYK, apod.). Je „přenášen“ datovým proudem bitů.
Ad roman.hronza: Většinou ano, na New Horizons je to trochu složitější. Kamera LORRI je černobílá (panchromatická). Zařízení RALPH umožňuje pořídit barevné snímky s nižším rozlišením než LORRI (a na Zemi se používají mimo jiné k obarvení jejích snímků), ale není to klasická barevná kamera. Jde o sestavu sedmi různých kamer a infračerveného spektrometru navíc spřaženou s ultrafialovým spektrometrem ALICE. Data z takovéto baterie budou nějakému RGB/CMYK nebo jinému běžně používanému formátu hodně vzdálená a pixely z jednotlivých kamer budou mít dost nezvyklé a samostatně neúplné palety. Až při postprocesingu pěkně v teple laboratoře se z nich stane to, na co se můžeme podívat tady na blogu – obrázky v klasické barevné paletě komprimované klasickými algoritmy JPEG a PNG.
ad vojta: jak to chodí pozemském „ajtý“ zhruba vím. Za upřesnění NH díky.
Super článek se spoustou užitečných odkazů!
Nemáte vůbec proč děkovat.
A nezapomeňte ty „chyby“ (jak vy tvrdíte) opravit i v anglické verzi :-))
patří ke: gg napsal 16.9.2015 (11:48)
Ad pixel:
Uvazovali ste o tom, ze cisto z matematickeho pohladu, je pocet roznych fotografii, ktore sa daju vyvotit digitalnym fotakom konecny. A da sa spocitat 😀
Na konci článku je uvedeno:
„Poté, co sonda mine 2014 MU69, by mělo zbýt v nádržích přibližně pět až patnáct kilogramů pohonných hmot. I s nižším uvedeným množstvím to stačí, aby New Horizons přebral štafetu jeho předchůdců, sond Voyager, a stal se mezihvězdným poslem.“
Tomu nerozumím. Co má zbytek paliva společného s tím, že sonda mizí pryč do mezihvězdného prostoru? Vždyť o tom je rozhodnuto již dlouhé roky a pomocí paliva jsme jen korigovali směr letu.
Taky moc nerozumím tomu, co tím chtěl autor říct. NH byla na únikové dráze ze sluneční soustavy už po startu ze Země.
Mimochodem k tomu jedna poznámka: uvádí se často, že NH je nejrychlejší sonda, jaká kdy byla vypuštěna. Což byla pravda při opouštění Země, ale vzdalováním se od Slunce NH tento primát ztratila a drží ho nadále Voyager 1, který se pohybuje rychlostí 17 km/s. Až v roce 2038 dosáhne NH stejné vzdálenosti (jako má teď Voyager 1), bude se pohybovat rychlostí pouze 13 km/s.
Palivo pro další let je zapotřebí k udržování orientace sondy, tak aby její anténa stále co nejlépe směrovala k Zemi.
Bezesporu, ale to nic nemění na faktu, že je to informace nepravdivá nebo minimálně velmi neobratně formulovaná. Vyplývá z ní, že k tomu, aby se NH stala mezihvězdným poslem, potřebuje ještě nějaké palivo. Což není pravda.
obrazový bod (pixel) je nejmenším zobrazitelným prvkem daného obrazu, který však ve skutečnosti není bodem, ale plochou
tato elementární plocha má potom nějaké vlastnosti, jako je rozměr a osvětlení (zjednodušeně jas, barvu nebo barevné spektrum)
artefakty v přenášeném obraze vznikají především použitou ztrátovou kompresí (např. JPEG při vyšších kompresních poměrech produkuje skutečně dobře viditelné artefakty, tedy viditelné zkreslení jasu i barvy některých bodů obrazu; nejlépe je asi vidět u černé čáry na bílém pozadí, kdy po použití JPEG komprese nebude okolí čáry ve výsledném obrazu zcela čisté, tedy bílé; to je také důvod, proč se obrazy s čárovou grafikou nemají komprimovat pomocí tohoto algoritmu… je to čuňárna nejvyšší úrovně)
další artefakty mohou teoreticky vzniknout při přenosu, tedy pokud by nebyl dostatečně zabezpečen (např. polynomiálně s určitou redundancí)
samozřejmě je otázkou i kvalita a spolehlivost pořízení vlastního obrazu a jeho převod do digitální podoby, ale to jsme již trochu v jiných procesech