（小さい）ハッブルがニューホライズンのKBOターゲットを見つけるのに、大きい補償光学地上望遠鏡よりも優れていたのはなぜですか？

ニューホライズンズがプルートを通過した後に飛ぶカイパーベルトオブジェクトの初期検索で適切なターゲットが見つからなかった場合、ハッブル望遠鏡が使用され、2019年の現在のターゲットフライバイが発生しました。初期検索では地上ベースの望遠鏡が使用されました。検索が適切なターゲットなしで時間切れになる危険を冒したとき、ハッブルは助けに連れてこられました。

補償光学を使用する現在の世代の大型の地球ベースの望遠鏡について読んだことによると、これらの望遠鏡はハッブルよりもはるかに大きな角度分解能と集光面積を持っています。では、なぜハッブルが優れたターゲットを見つけることができたのでしょうか？

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答えの一部は、少なくとも私が知らない可視光でKBOが最もよく観察される場合、現在の世代の補償光学望遠鏡は赤外線でのみ補償光学を行うということかもしれませんが、それを別の質問に移動しました。

大気の吸収が原因であると示唆しているすべての人について、これはどのようにして四角になりますか：8.3 mのすばる望遠鏡（地上探査で使用された望遠鏡の1つ）は、53 m2の集光面積を持っています。ハッブルの収集面積は4.5m2です。したがって、同じ量の光を収集するには、大気の吸収率を91.5％にする必要があります。確かに大気吸収は一部の赤外線波長で高いですが、関連するすべての波長で確かに高くはありません。

私はそれが2つのことの組み合わせだと思います：

1. 地上ベースの補償光学では不可能な、視野全体にわたる安定した保証された高解像度イメージング。

2. HST（ハッブル）の光学系では非常に低いバックグラウンドですが、近赤外線では地上ベースのAOの非常に高いバックグラウンドです。

ほとんどの補償光学システムは、明るい「ガイドスター」の周囲の小さな領域（「アイソプラナティックパッチ」）でのみ修正できます（たとえば、半径が最大で半円弧）。人工レーザーガイド星を使用した場合でも、いわゆる「ティップチルト」補正には、適度に明るいガイド星が必要です。これは、空の限られた部分でのみ補償光学の検索を実行できることを意味します。

一方、HSTは、どこに向いているかに関係なく、視野全体（数分で数分）にわたって高解像度のイメージングを常に提供します。

さらに悪いことに、ニューホライズンの軌道は銀河面に近いため、かすかな背景の星がたくさんあります。これにより、可能性のあるカイパーベルトオブジェクトを見つけるのが難しくなり、非常に正確で安定した点像分布関数（HSTの関数など）がさらに重要になります。

これらの検索は、空の背景を最小限に抑えるために、光学式で行うのが最適です。HSTの大気の空のグロー（大部分は太陽と月からの散乱光）がないため、KBOなどのかすかな光源をすばやく簡単に検出できます。あなたとロブ・ジェフリーズが指摘しているように、適応光学システムがほぼ完全に近赤外線で動作するという事実は、大気のバックグラウンドがはるかに高く、彼らにとってはさらに悪化します。

補償光学は、画像をぼやけさせる乱気流を軽減するだけであり、それは部分的な回復にすぎません。

他のすべての問題は残ります。空気はさまざまな波長を吸収します。空気には、さまざまな原因（光害など）からの一定量の輝きがあり、かすかな物体を覆い隠しています。等。

真空で動作する大きな望遠鏡に代わるものはありません。

あなたはあなたの質問で頭に釘を打ったと思います。KBOは反射太陽光で見られ、地球に到達する反射光の量は私たちからの距離の4乗の逆数になるため、非常にかすかに見えます（Oort雲オブジェクトを表示しようとするこの質問への私の回答を参照してください）。

このようなオブジェクトを表示するには、バックグラウンド汚染のレベルが低い深い画像観察が必要です。その背景は、非常に小さい点像分布関数（PSF）を持つ画像を使用することで最小限に抑えられます。PSFの種類は、宇宙ベースの望遠鏡または適応光学を使用する地上ベースの望遠鏡によってのみ実現できます。

ただし、太陽スペクトルはもちろん可視領域で強くピークに達し、地上ベースの補償光学システムはこの波長範囲では効果的ではありません（地上ベースのAOは近赤外線で機能しますが、KBOが本質的に暗いこれらの波長には、地球の大気と望遠鏡自体の両方によって引き起こされるバックグラウンドノイズの問題もあります）。したがって、ハッブル宇宙望遠鏡は、選択の道具です。

これらのカイパーベルトオブジェクトの大きさは、最初は信じられないほど小さいです。大気は星を普通に歪め、晴れた夜でも光を散乱させます。それに加えて、これらのより近いオブジェクトは赤外線検出で見つけることができます。大気は赤外線波長を非常によく吸収するため、宇宙ベースの観測が必要になります。ハッブル望遠鏡は、紫外線、可視光線、近赤外線も検出し、これらの小さなカイパーベルト天体の理想的な望遠鏡にします。

大気吸収に対処するために、すばる望遠鏡などの地上ベースの望遠鏡が山の上に構築されているため、見通す雰囲気が少なくなり、雲に覆われる可能性が低くなります。ただし、KBOを検索する際の問題は、New Horizo​​nsが少ない燃料でそれにアクセスできるように、短時間で実行する必要があることでした。ハッブルはそのために理想的です。なぜなら、地上の望遠鏡はそれらのオブジェクトを見るのに十分な夜であると仮定すると、地上の望遠鏡は夜にしかそれを行うことができません。通常、ハッブルはそのデータ品質が驚くほど優れているため、最も独占的な科学プロジェクトと検索のために予約されています。New Horizo​​nsはすでにコストが非常に高かったため、地上の望遠鏡だけでなく、次の目的地を探すのに少し時間をかける価値がありました。

この記事[1]は、ハッブル望遠鏡や他の宇宙望遠鏡が持つ利点の1つは、大気の輝きを処理する必要がないため、非常に微弱な物体をよりよく撮像できることです。補償光学はそれを助けません、そしてより大きな収集エリアはより多くの背景の輝きも収集します。また、大気の輝きは、可視光よりも赤外線のほうが強くなります。

その他の記載されている違い：地上の望遠鏡は、大気の乱気流のために正確な輝度測定を行うことができません（AOは明らかにそれを助けません）。地上望遠鏡はサイズが大きいため、角度分解能が高くなります。地上望遠鏡は、宇宙船で実用的であるよりも大きく、重く、より良い分光器を使用できます。

[1] 適応光学とその歴史の紹介、クレアマックス、適応光学センター、カリフォルニア州、2001年