Neden daha büyüklerini uzaya fırlatmak yerine daha büyük kara tabanlı teleskoplar inşa ediyoruz?


36

Bu soru daha büyük teleskopların daha iyi sonuçlara eşit olmasını mı sağlıyor?

Yer temelli bir ayna, yer temelli bir kişinin yapabilecekleri ile eşleşmesi için ne kadar büyük olmalıdır? Sanırım öncelikle görünür ışık istiyorum ama genel olarak da ilgileniyorum.

Sanırım zeminde, mikrometeorlardan korunuyorsun, bu yüzden muhtemelen daha uzun sürecek. Hangi noktada ayda bir teleskop inşa etmek daha ucuz hale geldi?


1
Uçak tabanlı teleskoplar nasıl karşılaştırılır? en.wikipedia.org/wiki/Kuiper_Airborne_Observatory and en.wikipedia.org/wiki/…
Shawn V. Wilson

Ancak uzayda, görüşünüzü engelleyecek bulutlarınız yok (aslında öyle, ama bunlar büyük toz yığınları) veya uçaklar sizi bombalıyor.
Leo Pan,

Yanıtlar:


67

Bu daha ucuz.

(1) Adaptif optiklerle zeminde 0,1 ark saniye çözünürlük elde edebilirsiniz (kuşkusuz sadece dağların tepesinde, özellikle iyi hava akımı var, ama yine de!). Bu, birkaç metre ayna çapına ulaşana kadar alanın en büyük avantajlarından birini ortadan kaldırır.

(2) Roket kaportaları fırlatma sırasında ulaşılan süpersonik atmosferik hızlarda yükleri koruyan tabakalardır. 5 metrelik bir kaplama, fırlatılabilen tek parçalı aynaların boyutunu sınırlayan, uçabilecek en büyük kaporta. (Dreaded Webb Telescope'un aynası, uzayda bir araya gelecek parçalardır - çok korkutucu ve çok pahalı bir tasarım.)

(3) Mauna Kea'ın tepesine veya yüksek Şili And Dağları'na teleskopla hizmet vermek zor ve pahalı bir işlemdir. Teleskopun yörüngesinde servis yapmak, küçük değişiklikler gibi görünmesini sağlar. ( Dünyada yeni bir dev kapsam oluşturma maliyetiyle karşılaştırılabilir maliyet .) Ve yörüngede hizmet düşük toprak yörüngesi dışında mevcut teknolojiyle bile yapılamaz.

(4) Yüksek çözünürlük astronomide bir sınır olsa da, derinleşmek başkadır ve derinleşmek büyük aynalar gerektirir . Dünya'daki 30 metrelik bir ayna, uzayda 5 metrelik bir aynadan çok daha fazla ışık toplar. Dev karasal teleskoplar, spektroskopi için henüz uzaya koyabileceğimiz her şeyden hafif kovalar olma işini daha iyi yapıyor.

Sonuç olarak, uyarlanabilir optiklerin geliştirilmesiyle, şu anda inşa edilebilir ve fırlatılabilir büyüklükte uzay temelli teleskopların, yer tabanlı teleskoplara göre temel avantajlarını kaybettikleridir. Üstelik maliyetinin 10 ila 100 katı olduğu için pek çok amaç için inşa etmeye değmezler.

Uzay tabanlı teleskoplar, UV ve IR (Webb) gibi atmosfer tarafından engellenen spektrumun bazı bölümlerinde ve uzun vadeli yüksek hassasiyetli fotometri (Kepler) ve astrometri (Gaia) içeren bazı işler için hala önemli bir kenara sahiptir. Ancak, genel amaçlı kullanım için, büyük teleskoplar için denge sağlam bir şekilde zeminde görünüyor.

Bu, uzay uçuşunun daha ucuza gelmesiyle değişecektir - örneğin 9 metrelik makul ve önemli ölçüde düşük fırlatma maliyetleriyle SpaceX BFR, uzay teleskopları için büyük umutlar sunar.


5
Belki de uyarlamalı optiğin gerçekten görünür dalga boylarında çalışmadığını ekleyin; sadece yakın IR. Boşluk tabanlı bir teleskop her zaman görünür dalga boylarında daha iyi açısal çözünürlük verecektir.
Rob Jeffries,

4
@jamessqf: Doğru, ama çok pahalı bir enstrümanla saatlerce zaman harcıyorsunuz. Dünyada daha az dolar karşılığında daha büyük bir teleskop inşa etmek çok daha verimli. Aynı noktaya ait çoklu pozlamaları almak ve onları uzayda olduğu kadar Dünya'da da çalışmalarını eklemek - gökyüzünün çoğu Hubble'ın yörüngesinde bir noktada Dünya tarafından gizlenir.
Mark Olson,

4
@RobJeffries AO görünürde çok iyi iş görür, 'mavi ucun zorlaştığını kabul ediyorum.
Carl Witthoft

2
@ Donald.McLean Ne yapmak istediğinize bağlıdır. Webb geriye doğru bakmak için tasarlandı, ancak görünürde çalışan büyük bir teleskop z = 2'nin üzerindeki soluk nesnelerin spektroskopisini yapabilir ve bu çok sayıda ilginç nesneyi kapsıyor . Kritik olan şey, Webb'in 9 milyar dolar geçtiği , bütün Thirty Meter Telescope'un 1.4 milyar dolar olduğu tahmin ediliyor. Webb hiçbir şey için “astronomiyi yiyen teleskop” olarak adlandırılmadı!
Mark Olson,

1
@jamesqf Aslında, ne uzaydan ne de yer tabanlı teleskoplar ~ 30 dakikadan daha uzun süre açıkta kalmıyor. Aksine, çoklu pozlamalar tek bir görüntüye birleştirilir. Örneğin HUDF, her biri 1200 saniyelik 800 pozlama kullandı. Bunun nedeni, parlak nesnelerin çok uzun süre maruz kalmaları durumunda piksellerin doygunluğa neden olmaları ve güzel bir görüntüyü bozan kozmik ışınların pozlama süresiyle artmasıdır. Ancak birkaç kısa pozlama ile, birçok pozlamanın medyanı alınarak CR'ler elimine edilir.
pela

14

Mark'ın mükemmel cevabına ek olarak ...

Neden daha büyüklerini uzaya fırlatmak yerine daha büyük kara tabanlı teleskoplar inşa ediyoruz?

İki ev, bir yakın iş ve ormanda bir yazlık ev için para varsa, bütçenizi nasıl böldünüz?

Bu soru daha büyük teleskopların daha iyi sonuçlara eşit olmasını mı sağlıyor?

Evet, ve bu cevapların hayranı değilim, belki de @MarkOlson da etkilenmedi.

Bu cevaplar uyarlanabilir optikleri özlüyor (pahalı ve özellikle etkili değil olarak atıyor) ve binanın büyüklüğü ve ana aynanın dışındaki her şeyi kolayca yükseltme yeteneğini kaçırıyor .

Yer temelli bir ayna, yer temelli bir kişinin yapabilecekleri ile eşleşmesi için ne kadar büyük olmalıdır? Sanırım öncelikle görünür ışık istiyorum ama genel olarak da ilgileniyorum.

“Ne kadar büyük” o kadar değil, “fikrinizi etkili bir şekilde pazarlayın, mümkün olduğunca fon sağlayın ve mümkün olan en büyük ana aynayla en büyük binayı inşa edin”. Derin kazmak ve yapabileceklerinizi inşa etmek, mümkün olduğunca yükseltilmiş değil - sensörler ve süper bilgisayarlar gerisini halledebilir.

Sanırım zeminde, mikrometeorlardan güvendesin, bu yüzden muhtemelen daha uzun sürecek. Hangi noktada ayda bir teleskop inşa etmek daha ucuz hale geldi?

Yer ve uzay tabanlı teleskoplar kullanışlıdır, ay bazında daha azdır.

" Acme Teleskop Şirketi" ne zaman ilk aylarını Ay'da açtıklarında satın alma fiyatı düşecek, o zamana kadar Dünya ve uzay temelli ucuz olacak. Alan temelli, tamiratlar için sizi karşılayabilir, yer temelli (bir dağın tepesinde bile) bir onarım tesisi genellikle elinizin altındadır.

Paranal'da ayna bakım binası , dağın tepesinde, aynaların yanında yer almaktadır.

Scientific America makalesi: James Webb Uzay Teleskopu "Başarısız Olmak İçin Çok Büyük?" açıklıyor:

“Enjeksiyon yörüngesini Earth-Sun L2'ye getirdiğimizi varsayarsak, elbette bir sonraki en riskli şey teleskopu dağıtmak. Hubble'dan farklı olarak dışarı çıkıp düzeltemeyiz. Bir robot bile çıkıp tamir edemez. Bu yüzden büyük bir risk alıyoruz, ancak büyük bir ödül için, ”diyor Grunsfeld.

Bununla birlikte, JWST'yi Hubble gibi “uygulanabilir” hale getirmek için mütevazı çabalar gösteriliyorScott Willoughby'ye göre, JWST Kaliforniya, Redondo Beach'teki Northrop Grumman Aerospace Systems program yöneticisi. Willoughby, havacılık şirketi NASA'nın JWST'yi geliştirmek ve entegre etmek için ana yüklenici olduğunu ve astronot veya uzaktan kumandalı bir robot olan “astronot veya uzaktan kumandalı bir robot” olup olmadığını “bir şey tarafından kavrayabilecek” bir “araç ara yüzüğü” sağlamakla görevlendirildiğini söyledi. JWST ile bağlantı kurmak için L2'ye bir uzay aracı gönderildiyse, onarılamaya çalışabilir - ya da gözlemevi iyi çalışıyorsa, ömrünü uzatmak için yakıt deposunu doldurmanız yeterlidir. Ancak şu anda bu tür kahramanlıklar için para bütçelenmiyor. JWST'nin uzay uçuşundakilerin anlamsızca “kötü bir gün” dediği şeye maruz kalması durumunda, roketin yanlış şekillenmesi veya konuşlandırma aksaklığı veya öngörülemeyen bir şey yüzünden, Grunsfeld, şu anda bir mekan içi gözlemciler topluluğu olduğunu söylüyor.

LVIR

Araç Arayüz Halkasını (LVIR) Dövülerek (2) teslim etme

" James Webb Uzay Teleskopu " (JWST) web sitesinden alıntı :

Tamamlanmış ana ayna, Hubble Space Telescope'un 2,4 metre çapındaki ana aynasının çapından 2,5 kat daha fazla olacak ancak yaklaşık yarısı kadar ağırlığa sahip olacaktır.

James Webb Uzay Teleskopu, her bir tasarımdaki göreceli ayna boyutları, şekilleri ve özelliklerin ayrıntılarını göz önüne aldığında Hubble Uzay Teleskobu'ndan yaklaşık 9 kat daha hızlı ışık alacaktır, "dedi. Washington, Artan hassasiyet, bilim adamlarının Büyük Patlama'dan hemen sonra ilk galaksilerin oluştuğu zamana dönmelerini sağlayacak, daha büyük teleskop astronominin tüm yönleri için avantajlara sahip olacak ve yıldızların ve gezegen sistemlerinin nasıl oluştuğu ve geliştiği konusundaki çalışmalarda devrim yaratacaktır.

Ayrıca bakınız: " Webb ve Hubble Telescope ":

... daha uzaktaki nesneler daha yüksek oranda kırmızıya kayıyor ve ışığı UV'den ve optiklerinden kızıl ötesi yakınına itiliyor. Bu nedenle, bu uzak nesnelerin gözlemleri (örneğin Evrendeki ilk galaksiler gibi) kızılötesi teleskop gerektirir.

Bu, Webb'in Hubble'ın yerine geçmemesinin diğer nedeni, yeteneklerinin aynı olmamasıdır. Webb, öncelikle evreni kızılötesiyle inceleyecek, Hubble ise öncelikle optik ve ultraviyole dalga boylarında (bazı kızılötesi özelliklere sahip olmasına rağmen) çalışacaktır. Webb'in Hubble'dan çok daha büyük bir aynası var. Bu daha büyük ışık toplama alanı, Webb'in Hubble'ın yapabildiğinden daha ileri bir zamanda tekrar bakabileceği anlamına gelir. Hubble dünya çevresinde çok yakın bir yörüngede, Webb ikinci Lagrange (L2) noktasında 1,5 milyon kilometre (km) uzaklıkta olacak.

...

Webb ne kadar görecek?

Yolculuk ışık aldığı zamandan dolayı, bir nesne ne kadar uzaktaysa, o zaman geriye bakıyoruz.

Zamanda geriye doğru bakarken.

Bu çizim çeşitli teleskopları ve ne kadar geriye kadar görebileceklerini karşılaştırmaktadır. Temel olarak, Hubble [HST] "yürümeye başlayan galaksilerin" eşdeğerini görebilir ve Webb Telescope [JWST] "bebek galaksilerini" görebilir. Webb'in ilk galaksileri görmesinin bir nedeni kızılötesi teleskop olması. Evren (ve içerisindeki galaksiler) genişliyor. En uzaktaki nesneler hakkında konuştuğumuzda, Einstein'ın General Relatively'ı aslında oyuna giriyor. Bize, evrenin genişlemesinin, gerilen nesneler arasındaki mesafenin, nesnelerin (galaksilerin) birbirlerinden uzaklaşmasına neden olduğunu ifade ettiği söylenir. Ayrıca, o alandaki herhangi bir ışık da uzar ve bu ışığın dalga boyunu daha uzun dalga boylarına kaydırır. Bu, uzaktaki nesneleri, ışığın görünür dalga boylarında çok karanlık (veya görünmez) hale getirebilir. çünkü bu ışık bize kızılötesi ışık olarak ulaşır. Webb gibi kızılötesi teleskoplar bu erken galaksileri gözlemlemek için idealdir.

Uyarlanabilir optik tekniklerdeki güncellemeler devam ediyor, bakınız: " Kendinden Uyumlu Kamerayı Kullanarak Yer Tabanlı Teleskoplarda Hızlı Uyumlu Diferansiyel Görüntüleme " (7 Haz 2018), Benjamin L. Gerard, Christian Marois ve Raphaël Galicher:

“Hızlı Atmosferik SCC Tekniği (FAST) olarak adlandırılan yer tabanlı teleskoplara uygulanacak kendinden uyumlu kameraya (SCC) dayanan böyle bir yöntem için çerçeveyi geliştiriyoruz. Bunu, özel olarak tasarlanmış bir koronagraf ve tutarlı kullanımıyla gösteriyoruz. farklı görüntüleme algoritması, birkaç milisaniyede bir görüntülerin kaydedilmesi atmosferik ve statik beneklerin çıkarılmasını sağlarken aynı zamanda bir birime yakın algoritmik ekzoplanet veriminin korunmasını sağlar Ayrıntılı simülasyonlar , H bandında% 1 band geçişi için 30 saniye sonra foton gürültü sınırına yakın kontrastlara ulaşır hem 0 hem de 5'inci yıldızlarda, 5inci büyüklük durumu için, bu, bir saatlik gözlem süresi için ekstrapolat yaparsak, şu anda ExAO cihazlarından elde edilenlerden yaklaşık 110 kat daha iyidir.Bu yöntemden hassasiyetin iyileştirilmesinin, düşük kütleli ekzoplanetlerin gelecekteki tespiti ve karakterizasyonunda önemli bir rol oynayabileceğini göstermek. ”

Kısacası, bazen atmosferi tamamen kaldırabilirler. İyileştirmeler geliyor.

ESO 4LGSF - Lazer Kılavuz Yıldızları Tesisi - AO için kılavuz yıldızlar oluşturmak için dört lazer kullanılır.


Ufacık bir nit: uzaya dayalı onarımlar temelde asla bu teleskopların Lagrange noktalarına yerleştirilmesi için olmayacak. İnsanların gitmesi için çok uzak.
Carl Witthoft

@CarlWitthoft - Yaptığım noktaya değiniyor musunuz : " Boşluğa dayalı olarak onarımlar için sizi yarı yolda karşılayabilir ..." - En büyük nezaketim oraya gitmek veya boşa giderse boşa bırakmak olarak söylemedim. Hubbles. Bir retroyu ateşlemenin, bir veya iki yıl sonra buluşmanın, tamirat yapmayı (umarım kurtarmama) ve onu itmenin daha ucuz yolu. Belki bir soru yazabilirsiniz: Sevin ya da bırakın ...
Rob

1
Aslında, gelecek nesil uzay teleskoplarının uzay temelli onarımlarını ve geliştirmelerini göreceğimizi düşünüyorum. Webb'in yüksek Yörünge yörüngesindeki yerini bulmak oldukça ucuz. Eğer BFR kanıtlarsa veya Blue Origin başarılı olursa ve bir sonraki adımı atarsa, bir mürettebatı 100.000 km'lik bir yörüngeye göndermek, eski tarz bir ULA'nın LEO'ya fırlatılmasıyla maliyet açısından karşılaştırılabilir hale gelir. Ve Webb'e 1000 kg ilave etmek, iyon motorlarını kullanmak için aynı 100.000 km'lik yörüngeye dönmesini sağlayacaktır. Lansman maliyetlerinde BFR tarzı bir düşüş uzay-tabanlı astronomi için bir çekim noktasıdır.
Mark Olson,

1
@MarkOlson - Doğru. SpaceX fiyatlandırma ya u $ 62M veya U $ 90M seçtiğiniz araç bağlı Mars'a 4020 veya 16800 kilogram göndermek. İnsanlara veya bir robotun yörüngede veya L2'de buluşmaya gönderilmesinin 10 katına mal olması, maliyetin yalnızca% 10'u kadar olacaktır. Arabanız 30 bin dolara mal olursa, tamir etmek veya hurdalık alanına götürmek için 3 bin dolar ödeyecek olursanız , yardım edemem ama çok sayıda insanın tamirat için para ödeyeceğini düşünüyorum. .
Rob

1
@Mark Olson: Neden teleskopu park ettiğin yere bir ekip yolla? (Ayrıca onlarla birlikte bir yaşam destek sistemi göndermeniz ve seyahat süresi için ödeme yapmanız gerektiğinden ...) Onu LEO'ya geri götüren bir robot römorkör inşa edin, orada servis yapın ve geri alın. Haberleşme uyduları için aynı römorkörü kullanabilirsiniz & c.
jamesqf

9

Ay'da inşa etme konusundaki alt sorunuzu cevaplamak: Bu, uzay temelli bir 'kapsam ile aynı fırlatma maliyetlerine ve kısıtlamalarına tabidir; artı iniş ve yerçekimi sarkması ile de uğraşmanız gerekir. Bu yüzden ihtiyacınız olan ilk şey, tüm bileşenleri yerel hammaddelerden üretebilen işlevsel bir ay tabanıdır. Yerine yerleştirildikten sonra (buraya büyük gülüşü ekleyin), hizalama ve yerçekimi sarkma ofsetleri için uyarlanabilir optiğe (JWebb gibi çok elemanlı kapsamlar gibi) ihtiyacınız olacak, ancak bunlar statik olduğundan yüksek frekansa ihtiyacınız yok atmosferik sapmaları işlemek için Dünya'da gereken cevap. Terran ışığının her şeyi kirletmemesi için "karanlık taraf" oluşturmak isteyeceksiniz.


3
İyi cevap. Ayrıca, Ay da tozludur, aynı zamanda maliyete de katkıda bulunur, çünkü aynayı temizlemeniz ve tozun hassas mekanizmaları kirletmemesini ummanız gerekir.
Mark Olson,

6
Önerilen en popüler yerleşim yeri, Güney Kutbu yakınında, kalıcı gölgede (Güneş ve Dünya'dan) bulunan, ancak güç için yakın kalıcı ışıkta yakınlardaki zirveleri olan kraterlerdir. Bir ay teleskopunun yalnızca çok az yönlendirilebilirliğe sahip olacağı ve temelde Güney kutbuna yakın küçük bir alanda çok derin görünecek şekilde tasarlandığını gördüm.
Steve Linton

5
"5 ton kuyruklu yıldız taneciği, 24 saatte Ay'ın yüzeyine çarpıyor ... Ay'ın üzerindeki ayın tozunu atıyor." Teleskopu vuranlardan birinin ihtimalinden bahsetmiyorum bile. Şimdilik bilim kurgu dünyasında hala. en.wikipedia.org/wiki/Moon#Dust
GlenPeterson

3
@GlenPeterson sorun değil: büyük bir elektrikli süpürge inşa :-) :-)
Carl Witthoft

Bu pratik değil, Paranal'da de ne olduğunu görün "dev aynalar ... atmosfere maruz Her gece" ... "Onlar yavaş yavaş birikir kendi yansıtma azaltır toz ... daha etkisiz hale ... Yani: olurlarsa düzenli olarak teleskoptan çıkarıldı, dağdan tekrar kaplama tesisine alındı, temizlendi ve sonunda ince ve yansıtıcı yeni bir alüminyum tabaka ile kaplandı . Ayna temizleme işlemi sekiz gün sürüyor ... " Glen'in işaret ettiği gibi, ayın çok fazla tozu vardır.
Rob,

1

Aydaki teleskoplara cevap verin. Ayın yüzeyinde olmak, herhangi bir gezegenden / aydan uzayda özgürce yüzmekle ilgili problemler yaratır. Yerçekimi aynaları / mekaniği bozar, ağırlıkları desteklemek için ekstra mühendislik gerektirir, yarım gökyüzü herhangi bir zamanda ayın önünde tıkanır, yerden termal yayılma, gündüz-gece döngüsünde sıcaklık değişimleri, toz ...

Ayın uzak kısmı, düşük frekanslı radyo gözlemleri yapmak için en iyi yer olacaktır. Ay dünyadan gelen tüm emisyonları engeller.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.