宇宙に大型の望遠鏡を打ち上げるのではなく、なぜ大型の地上望遠鏡を構築するのですか?


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この質問は、より大きな望遠鏡がより良い結果をもたらすかどうかのフォローアップです?

地上ベースのミラーは、宇宙ベースのミラーができることと一致させるためにどれくらい大きくなければなりませんか?私は主に可視光を求めていると思いますが、私も一般に興味があります。

地上では、あなたは微小met石から安全だと思うので、おそらく長持ちするでしょう。月などに望遠鏡を設置すると、どの時点で安くなりますか?


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飛行機ベースの望遠鏡はどのように比較されますか?en.wikipedia.org/wiki/Kuiper_Airborne_Observatoryen.wikipedia.org/wiki/...
ショーンV.ウィルソン

しかし、宇宙では、視界を遮る雲がありません(実際はそうですが、それらは大きな塵の塊です)。飛行機はあなたを爆撃します。
レオパン

回答:


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それは安価です。

(1)アダプティブオプティクスを使用すると、地上で0.1アーク秒の解像度を得ることができます(確かに、特に気流の良い山頂でのみですが、それでも!)。これにより、ミラーの直径が数メートルを超えるまで、スペースの大きな利点の1つがなくなります。

(2)ロケットフェアリングは、打ち上げ中に到達する超音速大気中のペイロードを保護するシュラウドです。5メートルのフェアリングは、飛行可能な最大のフェアリングであり、発射可能なワンピースミラーのサイズを制限します。(恐ろしいウェッブ望遠鏡の鏡は、宇宙で自分自身を組み立てる破片であり、非常に怖くて非常に高価な設計です。)

(3)マウナケア山頂またはチリのアンデス山脈で望遠鏡を整備することは、困難で費用のかかるプロセスです。軌道上で望遠鏡を修理することは、小さな変化のように見えます。(コストは、地球上に新しい巨大なスコープを構築するコストに匹敵します。)そして、軌道上サービスは、低地球軌道を除いて、現在の技術では行うことさえできません。

(4)高解像度は天文学のフロンティアの1つですが、深くなることは別です。深くなるには大きな鏡が必要です。地球上の30メートルの鏡は、宇宙の5メートルの鏡よりもはるかに多くの光を集めます。巨大な地球の望遠鏡は、私たちがまだ宇宙に入れることができるものよりも、分光器用の軽いバケツという優れた仕事をしているだけです。

結論としては、補償光学の開発により、現在構築および発射可能なサイズの宇宙ベースの望遠鏡は、地上ベースの望遠鏡に対する主な利点を失っています。また、コストは10倍から100倍なので、多くの目的で構築する価値はありません。

宇宙ベースの望遠鏡は、UVやIR(Webb)などの大気によってブロックされたスペクトルの一部、および長期の高精度測光(ケプラー)および天体測量(ガイア)を伴う特定のタスクに対して、依然として重要なエッジを保持しています。しかし、一般的な用途では、天びんは大型望遠鏡の地面にしっかりと固定されているように見えます。

これは、宇宙飛行が安くなると変わります。たとえば、SpaceX BFRは、9メートルのフェアリングと打ち上げコストの大幅な削減により、宇宙望遠鏡に大きな希望を与えます。


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おそらく、補償光学は実際には可視波長では機能しないと付け加えてください。近赤外のみ。宇宙ベースの望遠鏡は、常に可視波長でより良い角度分解能を提供します。
ロブジェフリーズ

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@jamessqf:本当ですが、非常に高価な機器で多くの時間を使い果たしています。地球上により大きな望遠鏡をより少ない費用で構築する方がはるかに効率的です。同じ場所の複数の露出を取得し、それらを追加すると、地球だけでなく宇宙でも機能します。空のほとんどは、ハッブルの軌道のある時点で地球によって隠されています。
マークオルソン

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@RobJeffries AOの動作は目に見えてうまく機能しますが、青い端は扱いにくいと思います。
カールウィットソフト

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@ Donald.McLeanあなたが何をしたいかに依存します。Webbは「後ろを向く」ように設計されていますが、可視域で動作する大きな望遠鏡は、z = 2を過ぎたかすかなオブジェクトの分光を行うことができ、非常に多くの興味深いオブジェクトをカバーします。重要なことは、Webbが90 ドルを超えてレースを行っていることです。ThirtyMeter Telescope全体は14億ドルと推定されています。ウェッブは「天文学を食べた望遠鏡」とは呼ばれていません!
マークオルソン

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@jamesqf実際、宇宙ベースの地上望遠鏡も地上ベースの望遠鏡も、〜30分以上は露出しません。むしろ、複数の露出が単一の画像に結合されます。たとえば、HUDFは、それぞれ1200秒の800回の露出を使用しました。理由は、明るいオブジェクトは、長時間露光するとピクセルが飽和することと、宇宙線が素晴らしい画像を台無しにする確率が露光時間とともに増加することです。しかし、いくつかの短い露出では、CRは多くの露出の中央値を取ることによって排除されます。
ペラ

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マークの素晴らしい答えに加えて...

宇宙に大型の望遠鏡を打ち上げるのではなく、なぜ大型の地上望遠鏡を構築するのですか?

2つの家にお金があり、1つは仕事の近くで、もう1つは森の中の「夏のコテージ」です。予算をどのように分けますか?

この質問は、より大きな望遠鏡がより良い結果をもたらすかどうかのフォローアップです?

はい、そして私はそれらの答えのファンではありません。おそらく@MarkOlsonも感心していません。

これらの答えは欠場補償光学(高価で、特に効果的ではないとして、それを却下)とする機能に容易な建物の大きさやメインミラー以外のすべてをアップグレードします。

地上ベースのミラーは、宇宙ベースのミラーができることと一致させるためにどれくらい大きくなければなりませんか?私は主に可視光を求めていると思いますが、私も一般に興味があります。

「どれだけ大きく」なく、「アイデアを効果的に売り込み、できるだけ多くの資金を確保し、可能な限り最大のメインミラーを備えた最大の建物を構築する」ことです。深く掘り下げて、できる限り大きなものにアップグレードするのではなく、できることを構築します-センサーとスーパーコンピューターは残りを修正できます。

地上では、あなたは微小met石から安全だと思うので、おそらく長持ちするでしょう。月などに望遠鏡を設置すると、どの時点で安くなりますか?

地上および宇宙ベースの望遠鏡は有用ですが、月ベースの望遠鏡はそれほど有用ではありません。

Acme Telescope Company」が月に最初の店を開くと、購入する価格は下がり、それまでは地球と宇宙ベースが安くなります。宇宙ベースでは修理の途中で会えますが、地上ベースでは(山頂でも)修理施設が手元にあることがよくあります。

パラナールのミラーメンテナンスビルは、山頂のミラーの近くにあります。

Scientific Americaの記事:James Webb Space Telescopeは「失敗するには大きすぎますか?」説明します:

「Earth-Sun L2への注入軌道にたどり着いたと仮定すると、もちろん次の最も危険なことは望遠鏡を展開することです。ハッブルとは異なり、外に出て修正することはできません。ロボットでさえ外出して修正することはできません。そのため、大きなリスクを冒していますが、大きな見返りを得るために」とグルンスフェルドは言います。

ただし、JWSTをハッブルのように「保守可能」にするためのささやかな努力が行われています。カリフォルニア州レドンドビーチにあるノースロップグラマンエアロスペースシステムズのJWSTのプログラムマネージャー、スコットウィロビーによると。航空宇宙会社は、JWSTの開発と統合を行うNASAの主要な請負業者であり、宇宙飛行士であろうと遠隔操作ロボットであろうと、「何かに掴まれ」得る望遠鏡の「打ち上げビークルインターフェースリング」のプロビジョニングを任されています。宇宙船がJWSTとドッキングするためにL2に送られた場合、修理を試みることができます。または、観測所が正常に機能している場合は、燃料タンクを満タンにして寿命を延ばします。しかし、現在、そのような英雄のための予算はありません。JWSTが、宇宙飛行中の人々が控えめに言って「悪い日」と呼ぶものに苦しむ場合、ロケットの事故や配備の不具合、または予期しない何かが原因であるかどうかにかかわらず、Grunsfeld氏は現在、宇宙観測所のアンサンブルがあると言います、

LVIR

打ち上げ車両インターフェイスリング(LVIR)鍛造品(2)納入

James Webb Space Telescope」(JWST)ウェブサイトからの引用:

完成したプライマリミラーは、ハッブル宇宙望遠鏡のプライマリミラーの直径の2.5倍以上で、直径は2.4メートルですが、重量は約半分になります。

James Webb Space Telescopeは、各設計の相対的なミラーサイズ、形状、および機能の詳細を考慮すると、ハッブル宇宙望遠鏡の約9倍の速さで光を収集します」と、NASA本部のJWSTプログラム科学者Eric Smith感度の向上により、科学者はビッグバンの直後に最初の銀河が形成された時期を振り返ることができます。より大きな望遠鏡は、天文学のあらゆる面で利点があり、星や惑星系の形成と進化の研究に革命をもたらします

Webb vs Hubble Telescope」も参照してください。

...より遠くのオブジェクトはより高度に赤方偏移され、それらの光はUVおよび光学から近赤外に押し出されます。したがって、これらの遠方の物体(たとえば、宇宙で形成された最初の銀河など)の観測には、赤外線望遠鏡が必要です。

これがWebbがハッブルの代替ではないもう1つの理由は、その機能が同一ではないということです。ウェッブは主に宇宙を赤外線で見ますが、ハッブルは主に光と紫外線の波長で宇宙を研究します(ただし、ある程度の赤外線機能はあります)。Webbには、ハッブルよりもはるかに大きなミラーもあります。この大きな集光エリアは、ハッブルができるよりもずっと昔までWebbがピアリングできることを意味します。ハッブルは地球の非常に近い軌道にあり、一方、ウェッブは2番目のラグランジュ(L2)ポイントで150万キロメートル(km)離れています。

...

Webbはどこまで見ますか?

光が移動するのに時間がかかるため、オブジェクトが遠ざかるほど、過去にさかのぼります。

時間をさかのぼって見る。

この図は、さまざまな望遠鏡とそれらがどれくらい前に見えるかを比較しています。本質的に、ハッブル[HST]は「幼児銀河」に相当するものを見ることができ、Webb望遠鏡[JWST]は「赤ちゃん銀河」を見ることができます。Webbが最初の銀河を見ることができる理由の1つは、赤外線望遠鏡だからです。宇宙(そしてその中の銀河)は拡大しています。最も遠い物体について話すとき、アインシュタインの一般的な相対が実際に出てきます。宇宙の膨張とは、実際に伸びるのはオブジェクト間の空間であり、オブジェクト(銀河)が互いに離れることを意味することを教えてくれます。さらに、その空間内の光も伸び、その光の波長がより長い波長にシフトします。これにより、可視光の波長で遠くのオブジェクトが非常に暗くなります(または見えなくなります)。その光は赤外線として私たちに届くからです。Webbのような赤外線望遠鏡は、これらの初期の銀河を観測するのに理想的です。

適応光学技術の更新が進行中です。「自己コヒーレントカメラを使用した地上望遠鏡での高速コヒーレント差分イメージング」(2018年6月7日)、Benjamin L. Gerard、Christian Marois、RaphaëlGalicher:

「高速大気SCCテクニック(FAST)と呼ばれる地上の望遠鏡に適用されるセルフコヒーレントカメラ(SCC)に基づくこのような方法のフレームワークを開発します。特別に設計されたコロナグラフとコヒーレントを使用して、統一アルゴリズムの太陽系外惑星のスループットに近いを維持しながら、画像ごとに数ミリ秒を記録する差分画像化アルゴリズムは、大気と静的スペックルの減算を可能にする。詳細なシミュレーションは、コントラスト到達H帯中の1%の帯域のための30秒後に、光子ノイズ限界に近いです5等級の場合、1時間の観測時間を外挿すると、ExAO機器で現在達成されているものよりも生のコントラストで約110倍良好です。、この方法による感度の向上が、低質量太陽系外惑星の将来の検出と特性評価に不可欠な役割を果たす可能性があることを示しています。」

つまり、大気を完全に除去できる場合があります。改善が近づいています。

ESO 4LGSF- レーザーガイド星施設 -4 つのレーザーを使用して、AOのガイド星を作成します。


ちょっとした注意:宇宙ベースの修理は、これらの望遠鏡をラグランジュポイントに配置することは基本的に起こりません。人間が行くには遠すぎます。
カール・ウィットフト

@CarlWitthoft-私が言ったこのを参照してください:「スペースベースで修理の途中で会うことができます...」ハッブル。レトロを解き放ち、1、2年後に会って修理を行い(できれば救助しない)、それを押しのけてください。おそらくあなたは質問を書くことができます:それを愛するか、それを残す
ロブ

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実際、次世代の宇宙望遠鏡の宇宙ベースの修理とアップグレードが見られると思います。たとえば、Webbの位置から高い地球軌道への移動はかなり安価です。BFRが成功するか、Blue Originが成功して次のステップに進むと、10万kmの軌道に乗組員を送ることは、LEOへの旧式のULA打ち上げに匹敵するコストになります。また、Webbに1000 kgを追加すると、イオンエンジンを使用したサービスのために同じ100,000 km軌道に戻ることができます。BFRスタイルの打ち上げコストの低下は、宇宙ベースの天文学の変曲点です。
マークオルソン

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@MarkOlson-True。SpaceXの価格は、選択する車両に応じて、火星に4,020キロまたは16,800キログラムを送るためのU $ 62MまたはU $ 90Mです。人またはロボットを軌道またはL2でランデブーさせるために10倍のコストがかかる場合、それはコストの10%にすぎません。あなたの車が3万ドルかかると、修理やスクラップ置き場に3ドルを払うことになりますが、特に利益と損失を考慮すると、かなりの人が修理にお金を払うと思います。
ロブ

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@マーク・オルソン:望遠鏡を駐車した場所にクルーを送るのはなぜですか?(あなたも彼らと一緒に生命維持システムを送って、旅行時間の費用を払わなければならないので...)LEOにそれを持ち帰るロボットの綱引きを構築し、そこで修理して、それを取り戻します。通信衛星&cに同じタグを使用できます。
jamesqf

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月面での建造に関するサブ質問への回答:これには、宇宙ベースのスコープと同じ打ち上げコストと制限が課せられ、さらに着陸と重力のたるみに対処する必要があります。したがって、最初に必要なのは、地元の原材料からすべてのコンポーネントを製造できる機能するムーンベースです。それが適切になったら(ここに大きな笑いを挿入します)、アライメントと重力サグオフセットのために(JWebbのようなマルチエレメントスコープと同様に)まだ適応光学が必要になりますが、それらは静的なので、高周波は必要ありません大気異常を処理するために地球で必要な応答。Terranライトがすべてを汚さないように、「ダークサイド」に構築する必要があります。


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いい答えだ。また、月はほこりっぽく、これもコストを追加します。鏡をきれいにし、ほこりが繊細なメカニズムを汚さないことを望むからです。
マークオルソン

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最も人気のある推奨される場所は、南極近くのクレーターです。クレーターは(太陽と地球からの)恒久的な影にありますが、電力のためにほぼ恒久的な光の近くにピークがあります。月の望遠鏡は非常に限られた操縦性しか持たず、基本的に南極近くの小さな領域で非常に深く見えるように設計されるという提案を見てきました。
スティーブリントン

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「5トンの彗星粒子が24時間ごとに月の表面に衝突し、月の上の月の塵を放出します。」言うまでもなく、望遠鏡を打つ人の一人の可能性。そのため、今のところまだSFの領域にいます。en.wikipedia.org/wiki/Moon#Dust
グレンペターソン

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問題なし@GlenPeterson:大掃除機:-) :-)構築
カール・Witthoft

それは非現実的だ、パラナルで何が起こるか見て「巨大な鏡が...大気にさらされているすべての夜」...「彼ら徐々に蓄積彼らの反射率を低減ほこり...、彼らはあまり効果的なもの...だから:彼らは定期的に望遠鏡から取り外され、山から下塗り施設に運ばれ、きれいにされ、最後に薄くて反射率の高い新しいアルミニウム層で塗り直されました。鏡の洗浄プロセスには8日かかります。グレンが指摘したように、月にはたくさんの塵があります。
ロブ

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月面の望遠鏡に答えてください。月の表面にいることは、あらゆる惑星/月から遠く離れた空間で自由に浮かんでいることに比べて問題を引き起こします。重力はミラー/メカニクスをゆがめ、重量を支えるために特別なエンジニアリングを必要とし、いつでも月によって半空が遮られ、地面からの熱放射、昼夜サイクルによる温度変化、ほこり...

月の向こう側は、低周波無線観測を行うのに最適な場所です。月は地球からのすべての放射をブロックします。

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