Mengapa Hubble (kecil) lebih mampu menemukan target KBO untuk New Horizons daripada teleskop ground adaptive optic yang besar?

Ketika pencarian awal untuk objek Sabuk Kuiper untuk cakrawala Baru untuk terbang setelah melewati Pluto tidak menemukan target yang baik, teleskop Hubble digunakan, dan itu menghasilkan flyby yang ditargetkan saat ini untuk 2019. Pencarian awal menggunakan teleskop berbasis darat. Ketika pencarian beresiko kehabisan waktu tanpa target yang baik, Hubble dibawa untuk membantu.

Menurut apa yang Anda baca tentang generasi saat ini dari teleskop berbasis bumi besar yang menggunakan optik adaptif, teleskop tersebut memiliki resolusi sudut jauh lebih besar dan area pengumpulan cahaya daripada Hubble. Jadi mengapa Hubble lebih mampu menemukan target yang baik?

sunting
Bagian dari jawabannya mungkin generasi teleskop optik adaptif saat ini hanya melakukan optik adaptif dalam inframerah , setidaknya jika KBO paling baik diamati dalam cahaya tampak yang saya tidak tahu, tetapi saya sudah memindahkannya ke pertanyaan terpisah .

Mengenai semua orang menyarankan bahwa penyerapan atmosfer yang harus disalahkan, bagaimana yang sesuai dengan ini: Teleskop Subaru 8.3m (yang merupakan salah satu teleskop yang digunakan dalam pencarian darat) memiliki area pengumpulan cahaya 53m2. Hubble memiliki area pengumpulan 4,5m2. Jadi penyerapan atmosfer harus 91,5% agar mereka mengumpulkan jumlah cahaya yang sama. Tentu saja penyerapan atmosfer tinggi untuk beberapa panjang gelombang inframerah, tetapi tentu saja tidak terlalu tinggi untuk semua panjang gelombang yang relevan.

Saya menduga itu adalah kombinasi dari dua hal:

1. Stabil, dijamin pencitraan resolusi tinggi di seluruh bidang pandang, sesuatu yang tidak mungkin dengan optik adaptif berbasis darat;

2. Latar belakang yang sangat rendah di optik untuk HST (Hubble), dibandingkan latar belakang yang sangat tinggi untuk AO berbasis-tanah di dekat-inframerah.

Sebagian besar sistem optik adaptif hanya dapat mengoreksi di wilayah kecil ("patch isoplanatic") di sekitar "bintang panduan" yang cerah (katakanlah, paling banyak setengah menit dalam radius paling banyak); bahkan dengan bintang panduan laser buatan, Anda masih memerlukan bintang panduan yang cukup terang untuk apa yang disebut koreksi "ujung-miring". Ini berarti Anda hanya dapat melakukan pencarian optik adaptif di bagian langit yang terbatas.

HST , di sisi lain, menghadirkan pencitraan beresolusi tinggi di seluruh bidang pandangnya (beberapa menit melintang), sepanjang waktu, terlepas dari arah kemana arahnya.

Untuk membuat keadaan menjadi lebih buruk, lintasan New Horizons dekat dengan pesawat Galactic, jadi ada banyak bintang latar belakang yang samar . Ini membuatnya lebih sulit untuk memilih objek Sabuk Kuiper yang mungkin, membuat fungsi penyebaran titik yang sangat akurat dan stabil (seperti HST ) menjadi lebih penting.

Pencarian ini paling baik dilakukan di optik, untuk meminimalkan latar belakang langit. Tidak adanya cahaya langit atmosfer (sebagian besar cahaya yang tersebar dari Matahari dan Bulan) untuk HST membuatnya lebih mudah untuk dengan cepat mendeteksi sumber samar seperti KBO. Fakta bahwa sistem optik adaptif, seperti yang Anda dan Rob Jeffries catat, bekerja hampir seluruhnya dalam inframerah-dekat, di mana latar belakang atmosfernya jauh lebih tinggi, membuatnya semakin buruk bagi mereka.

Optik adaptif hanya mengurangi turbulensi udara yang mengaburkan gambar - dan bahkan itu hanya pemulihan sebagian.

Semua masalah lainnya tetap ada. Udara menyerap berbagai panjang gelombang. Udara memiliki sejumlah cahaya dari berbagai sumber (polusi cahaya, dll) yang menutupi benda yang pingsan. Dll

Tidak ada pengganti nyata untuk teleskop besar yang beroperasi dalam ruang hampa.

Saya pikir Anda telah memukul kepala di pertanyaan Anda. KBO terlihat dalam sinar matahari yang dipantulkan dan mereka sangat redup, karena jumlah cahaya yang dipantulkan yang mencapai bumi sama dengan kekuatan keempat kebalikan dari jarak mereka dari kita (lihat jawaban saya untuk pertanyaan ini dalam mencoba melihat objek awan Oort).

Untuk melihat benda-benda seperti itu membutuhkan pengamatan pencitraan yang mendalam dengan tingkat kontaminasi latar yang rendah. Latar belakang itu diminimalkan dengan memiliki gambar dengan fungsi titik penyebaran sangat kecil (PSF) - jenis PSF yang hanya dapat dicapai oleh teleskop berbasis ruang atau teleskop berbasis darat menggunakan optik adaptif.

Namun, spektrum matahari tentu saja sangat memuncak di wilayah yang terlihat dan sistem optik adaptif berbasis tanah tidak efektif dalam rentang panjang gelombang ini (AO berbasis darat bekerja di inframerah-dekat, tetapi selain itu KBO secara intrinsik lebih redup pada panjang gelombang ini ada juga masalah kebisingan latar belakang yang disumbangkan baik oleh atmosfer bumi dan teleskop itu sendiri). Oleh karena itu Hubble Space Telescope adalah instrumen pilihan.

Besarnya Objek Sabuk Kuiper ini sangat kecil, untuk memulai. Suasana mendistorsi bintang-bintang secara normal dan menyebarkan cahaya bahkan pada malam yang paling jernih. Selain itu, objek yang lebih dekat ini dapat ditemukan dengan deteksi inframerah. Atmosfer menyerap panjang gelombang inframerah dengan sangat baik, yang membuat pengamatan berbasis ruang menjadi keharusan. Teleskop Hubble juga mendeteksi ultraviolet, terlihat, dan hampir inframerah menjadikannya teleskop yang ideal untuk Obyek Sabuk Kuiper kecil ini.

Untuk menangani penyerapan atmosfer, teleskop berbasis darat seperti teleskop Subaru dibangun di atas gunung sehingga ada lebih sedikit atmosfer untuk dilihat dan kemungkinan tutupan awan. Namun, masalah dengan pencarian KBO adalah bahwa hal itu perlu dilakukan dalam waktu singkat sehingga cakrawala baru dapat diarahkan ke sana dengan bahan bakar lebih sedikit. Hubble ideal untuk itu karena dapat melihat benda-benda di arah yang benar sepanjang hari sementara teleskop darat hanya bisa melakukan itu di malam hari dengan asumsi itu adalah malam yang cukup jelas untuk melihat benda-benda itu. Biasanya Hubble dicadangkan untuk proyek ilmiah dan pencarian paling eksklusif karena kualitas datanya yang menakjubkan. New Horizons telah menelan biaya sangat banyak sehingga layak menggunakan sedikit waktu untuk mencari tujuan selanjutnya, bukan hanya teleskop darat.

Artikel [1] ini menunjukkan bahwa salah satu keuntungan yang dimiliki Hubble dan teleskop ruang angkasa lainnya adalah bahwa mereka dapat lebih baik mencitrakan benda yang sangat redup karena mereka tidak harus berurusan dengan cahaya atmosfer. Optik adaptif tidak membantu dengan itu, dan area pengumpulan yang lebih besar juga mengumpulkan lebih banyak cahaya latar belakang. Cahaya atmosfer juga lebih kuat pada inframerah daripada pada cahaya tampak.

Perbedaan terdaftar lainnya: Teleskop tanah tidak dapat membuat pengukuran kecerahan seakurat turbulensi atmosfer (AO tampaknya tidak membantu dengan itu); teleskop darat dapat memiliki resolusi sudut yang lebih baik karena ukuran yang lebih besar; teleskop darat dapat menggunakan spektograf yang lebih besar, lebih berat, dan lebih baik daripada yang praktis di pesawat ruang angkasa.

[1] Pengantar Optik Adaptif dan Sejarahnya, Claire Max, di Center for Adaptive Optics, U. Calif, 2001