Baru-baru ini, saya membaca berita lain tentang E-ELT . Ini akan memiliki cermin primer tersegmentasi berdiameter 39,3 meter. Dan saya tertarik pada pertanyaan berikutnya: Secara teoritis, ukuran cermin utama (tunggal / ganda / tersegmentasi) dapat memiliki teleskop di Bumi untuk diamati pada panjang gelombang optik? Dan mengapa? Maksud saya, apa batasan fisik yang ada?
Dan pertanyaan yang sama tentang ruang (bukan di Bumi)?
Memperbarui:
Atas saran @TildalWave, untuk membuat pertanyaan ini dapat dijawab, mari kita buat beberapa penyesuaian:
- Cermin primer harus tersegmentasi (atau variasinya) seperti pada E-ELT.
- Misalkan kita memiliki besar (beberapa kilometer persegi), permukaan datar tinggi di atas permukaan laut.
- Kita harus membangun teleskop untuk mengamati pada panjang gelombang optik.
Saya tahu, ada konsep OWL dengan cermin primer tersegmentasi berdiameter 100 meter.
Tapi bagaimana dengan diameter 500 meter atau 1000? Mungkinkah secara teori?
telescope
space-telescope
optics
Igor Tyulkanov
sumber
sumber
Jawaban:
Ini rumit.
Hingga akhir abad ke-20, kami telah mencoba membuat teleskop monolitik yang semakin besar. Itu bekerja cukup baik hingga cermin parabola 5 meter di Gunung Palomar di California pada 1940-an. Ini agak berhasil, tetapi hampir tidak, untuk cermin 6 meter di Kaukasus di Rusia pada 1970-an. Memang berhasil, tapi itu adalah pencapaian besar, untuk cermin 8,4 meter kembar untuk LBT di Arizona pada 2000-an.
Kami akhirnya belajar bahwa cara untuk pergi bukanlah dengan menuangkan lempengan kaca ekspansi rendah yang lebih besar dan lebih besar. Secara umum diterima bahwa di suatu tempat dengan diameter di bawah 10 meter kira-kira sebesar mungkin untuk cermin monolitik.
Cara untuk pergi adalah dengan memilih untuk membuat segmen cermin yang lebih kecil (masing-masing berdiameter 1 meter hingga beberapa meter) dan menggabungkannya menjadi cermin ubin. Agak sulit untuk mengukir parabola asimetris (atau hiperbolik, atau elips, atau bola) yang mencerminkan permukaan melengkung dalam segmen seperti itu, tetapi jauh lebih mudah untuk mengelola masalah termal dan pendinginan ketika Anda harus berurusan dengan benda padat yang lebih kecil.
Setiap segmen dipasang di sel cermin aktif, dengan aktuator piezo yang sangat tepat mengontrol posisinya. Semua segmen harus bergabung menjadi satu permukaan halus dengan presisi yang lebih baik dari 100 mikron (jauh lebih baik dari pada kenyataannya). Jadi sekarang Anda memiliki sejumlah besar objek besar, dikendalikan secara dinamis melalui komputer, masing-masing dengan mode getaran sendiri, masing-masing dengan sumber kebisingan mekanisnya sendiri, masing-masing dengan gerakan ekspansi termal sendiri, semuanya "menari" naik turun beberapa mikron pada elemen piezo.
Apakah mungkin untuk mengatur sistem yang sangat besar seperti itu? Iya. OWL 100 meter dianggap layak secara teknis. Dari perspektif menjaga cermin sejajar, struktur yang lebih besar harus bisa dilakukan; aktuator yang dikendalikan komputer harus mengatasi sebagian besar getaran dan bergeser ke jarak yang cukup besar.
Seperti yang Anda katakan, batasan sebenarnya adalah finansial. Kompleksitas dari sistem semacam itu meningkat dengan kuadrat diameternya, dan dengan kompleksitas muncul biaya.
Seluruh diskusi di atas adalah tentang teleskop "terisi penuh": diberi bentuk bulat dengan diameter tertentu, terisi dengan segmen cermin. Untuk bukaan tertentu, desain ini menangkap jumlah cahaya terbesar.
Namun aperture tidak harus diisi. Sebagian besar kosong. Anda dapat memiliki beberapa segmen pantulan di pinggiran, dan bagian tengahnya sebagian besar akan batal. Anda akan memiliki kekuatan penyelesaian yang sama (Anda akan melihat detail kecil yang sama), hanya saja kecerahan gambar akan berkurang, karena Anda menangkap total cahaya yang lebih sedikit.
Ini adalah prinsip interferometer. Twin mirror Keck tersegmentasi 10 meter di Hawaii dapat bekerja sebagai interferometer dengan garis dasar 85 meter. Ini secara efektif setara dengan bukaan tunggal 85 meter dalam hal daya penyelesaian, tetapi jelas tidak dalam hal kecerahan gambar (jumlah cahaya yang ditangkap).
Angkatan Laut AS memiliki interferometer di Arizona dengan cermin ditempatkan pada 3 lengan dalam bentuk Y, masing-masing lengan panjangnya 250 meter. Itu memberi instrumen garis dasar (bukaan setara) beberapa ratus meter.
U of Sydney memiliki interferometer baseline 640 meter di gurun Australia.
Interferometer tidak dapat digunakan untuk mempelajari objek yang sangat redup, karena mereka tidak dapat menangkap cahaya yang cukup. Tetapi mereka dapat menghasilkan data resolusi sangat tinggi dari objek terang - misalnya mereka digunakan untuk mengukur diameter bintang, seperti Betelgeuse.
Garis dasar sebuah interferometer dapat dibuat sangat besar. Untuk instrumen terestrial, garis dasar selebar satu kilometer sangat bisa dilakukan sekarang. Lebih besar akan bisa dilakukan di masa depan.
Ada pembicaraan tentang membangun interferometer di luar angkasa, di orbit di sekitar Bumi atau bahkan lebih besar. Itu akan memberikan garis dasar setidaknya dalam ribuan kilometer. Itu tidak bisa dilakukan sekarang, tetapi tampaknya layak di masa depan.
sumber