Mengapa kita membangun teleskop berbasis darat yang lebih besar daripada meluncurkan teleskop yang lebih besar ke luar angkasa?

Pertanyaan ini merupakan tindak lanjut untuk Apakah teleskop yang lebih besar sama dengan hasil yang lebih baik?

Seberapa besar cermin berbasis darat harus cocok dengan apa yang bisa dilakukan oleh berbasis ruang? Saya kira saya terutama meminta cahaya tampak, tetapi saya juga tertarik pada umumnya.

Saya kira di tanah, Anda aman dari mikrometeorit, jadi mungkin akan lebih lama. Pada titik apa lebih murah untuk membangun teleskop di bulan atau sesuatu?

Itu lebih murah.

(1) Dengan optik adaptif Anda bisa mendapatkan resolusi 0,1 arc detik di tanah (diakui hanya di puncak gunung dengan aliran udara yang sangat baik, tapi tetap saja!). Ini menghilangkan salah satu keuntungan utama ruang sampai Anda mendapatkan di atas diameter cermin beberapa meter.

(2) Fairing roket adalah selubung yang melindungi muatan selama kecepatan atmosfer supersonik yang dicapai selama peluncuran. Fairing 5 meter adalah tentang yang terbesar yang dapat diterbangkan, yang membatasi ukuran cermin satu bagian yang dapat diluncurkan. (Cermin Webb Dreaded adalah dalam potongan-potongan yang akan merakit diri di ruang angkasa - sepotong desain yang sangat menakutkan dan sangat mahal.)

(3) Menyervis teleskop di atas Mauna Kea atau di Andes Chili yang tinggi adalah proses yang sulit dan mahal. Melayani teleskop di orbit membuatnya tampak seperti perubahan kecil. (Biaya sebanding dengan biaya membangun ruang lingkup raksasa baru di Bumi.) Dan layanan in-orbit bahkan tidak dapat dilakukan dengan teknologi saat ini kecuali dalam orbit bumi rendah.

(4) Sementara resolusi tinggi adalah salah satu batas dalam astronomi, pergi dalam adalah yang lain, dan pergi dalam membutuhkan cermin besar . Cermin 30 meter di Bumi mengumpulkan lebih banyak cahaya daripada cermin 5 meter di ruang angkasa. Teleskop terestrial raksasa hanya melakukan pekerjaan yang lebih baik menjadi ember cahaya untuk spektroskopi daripada apa pun yang kita bisa masukkan ke ruang angkasa.

Intinya adalah bahwa dengan pengembangan optik adaptif, teleskop berbasis ruang dari ukuran yang dapat dibangun dan diluncurkan kehilangan keunggulan utama mereka dibandingkan teleskop berbasis darat. Dan karena harganya 10x hingga 100x, mereka tidak layak untuk dibangun untuk banyak tujuan.

Teleskop berbasis ruang masih memiliki keunggulan signifikan di bagian-bagian spektrum yang terhalang oleh atmosfer seperti UV dan IR (Webb), dan untuk tugas-tugas tertentu yang melibatkan fotometri akurasi tinggi (Kepler) dan astrometri (Gaia) jangka panjang. Tetapi untuk penggunaan umum, keseimbangan tampaknya kuat di sisi tanah untuk teleskop besar.

Ini akan berubah jika penerbangan luar angkasa menjadi lebih murah - SpaceX BFR, misalnya, dengan fairing 9 meter dan biaya peluncuran yang jauh lebih rendah, menawarkan harapan besar untuk teleskop ruang angkasa.

Selain jawaban hebat Mark ...

Mengapa kita membangun teleskop berbasis darat yang lebih besar daripada meluncurkan teleskop yang lebih besar ke luar angkasa?

Jika Anda punya uang untuk dua rumah, satu di dekat kantor dan 'pondok musim panas' di hutan, bagaimana Anda membagi anggaran Anda?

Pertanyaan ini merupakan tindak lanjut untuk Apakah teleskop yang lebih besar sama dengan hasil yang lebih baik?

Ya, dan saya bukan penggemar jawaban itu, mungkin @MarkOlson juga tidak terkesan.

Jawaban-jawaban itu kehilangan optik adaptif (menganggapnya mahal dan tidak terlalu efektif) dan kemampuan untuk dengan mudah memutakhirkan segalanya kecuali ukuran bangunan dan cermin utama.

Seberapa besar cermin berbasis darat harus cocok dengan apa yang bisa dilakukan oleh berbasis ruang? Saya kira saya terutama meminta cahaya tampak, tetapi saya juga tertarik pada umumnya.

Ini bukan "seberapa besar", melainkan "memasarkan ide Anda secara efektif, mendapatkan dana sebanyak mungkin, dan membangun gedung terbesar dengan cermin utama terbesar". Gali lebih dalam dan bangun apa yang Anda bisa, jangan ditingkatkan sebesar yang Anda bisa - sensor dan superkomputer dapat memperbaiki sisanya.

Saya kira di tanah, Anda aman dari mikrometeorit, jadi mungkin akan lebih lama. Pada titik apa lebih murah untuk membangun teleskop di bulan atau sesuatu?

Teleskop berbasis darat dan luar angkasa bermanfaat, tidak begitu berbasis bulan.

Ketika kita memiliki " Perusahaan Teleskop Acme " membuka toko pertama mereka di bulan, harga untuk membeli akan turun, sampai Bumi dan berbasis ruang angkasa akan lebih murah. Dengan berbasis ruang dapat memenuhi Anda setengah jalan untuk perbaikan, dengan berbasis tanah (bahkan di atas gunung) fasilitas perbaikan seringkali dekat.

Di Paranal gedung perawatan cermin terletak di puncak gunung, dekat cermin.

Artikel Scientific America: Apakah Teleskop Luar Angkasa James Webb "Terlalu Besar untuk Gagal?" menjelaskan:

“Anggap saja kita berhasil ke lintasan injeksi ke Bumi-Matahari L2, tentu saja hal paling berisiko berikutnya adalah menggunakan teleskop. Dan tidak seperti Hubble kita tidak bisa keluar dan memperbaikinya. Bahkan robot pun tidak bisa keluar dan memperbaikinya. Jadi kami mengambil risiko besar, tetapi untuk hadiah besar, ”kata Grunsfeld.

Namun, ada upaya sederhana yang dilakukan untuk membuat JWST "dapat digunakan" seperti Hubble,menurut Scott Willoughby, manajer program JWST di Northrop Grumman Aerospace Systems di Redondo Beach, California. Perusahaan kedirgantaraan adalah kontraktor utama NASA untuk mengembangkan dan mengintegrasikan JWST, dan telah ditugasi untuk penyediaan "peluncuran antarmuka antarmuka kendaraan" pada teleskop yang dapat "ditangkap oleh sesuatu," baik astronot atau robot yang dioperasikan dari jarak jauh, kata Willoughby. Jika sebuah pesawat ruang angkasa dikirim ke L2 untuk berlabuh dengan JWST, maka itu bisa mencoba perbaikan — atau, jika observatorium berfungsi dengan baik, cukup tutup tangki bahan bakarnya untuk memperpanjang umurnya. Tetapi saat ini tidak ada uang yang dianggarkan untuk kepahlawanan seperti itu. Dalam hal JWST menderita apa yang oleh orang-orang di luar angkasa dianggap sebagai "hari yang buruk," baik karena kecelakaan roket atau penyebaran kesalahan atau sesuatu yang tidak terduga, Grunsfeld mengatakan saat ini ada sebuah ensemble dari observatorium dalam ruang,

Luncurkan Vehicle Interface Ring (LVIR) Forgings (2) yang dikirimkan

Kutipan dari situs web " James Webb Space Telescope " (JWST):

Cermin utama yang selesai akan lebih dari 2,5 kali lebih besar dari diameter cermin utama Hubble Space Telescope, yang berdiameter 2,4 meter, tetapi akan berbobot kira-kira setengahnya.

James Webb Space Telescope akan mengumpulkan cahaya sekitar 9 kali lebih cepat daripada Teleskop Luar Angkasa Hubble ketika seseorang memperhitungkan detail ukuran, bentuk, dan fitur cermin relatif di setiap desain, "kata Eric Smith, ilmuwan program JWST di Markas Besar NASA, Meningkatnya sensitivitas akan memungkinkan para ilmuwan untuk melihat kembali ketika galaksi pertama terbentuk tepat setelah Big Bang, teleskop yang lebih besar akan memiliki keuntungan untuk semua aspek astronomi dan akan merevolusi studi tentang bagaimana bintang dan sistem planet terbentuk dan berevolusi.

Lihat juga: " Webb vs Teleskop Hubble ":

... objek yang lebih jauh lebih redshifted, dan cahayanya didorong dari UV dan optik ke inframerah-dekat. Jadi pengamatan terhadap objek yang jauh ini (seperti galaksi pertama yang terbentuk di Semesta, misalnya) membutuhkan teleskop inframerah.

Ini adalah alasan lain bahwa Webb bukan pengganti Hubble adalah karena kemampuannya tidak identik. Webb terutama akan melihat Semesta di inframerah, sementara Hubble mempelajarinya terutama pada panjang gelombang optik dan ultraviolet (meskipun memiliki beberapa kemampuan inframerah). Webb juga memiliki cermin yang jauh lebih besar daripada Hubble. Area pengumpulan cahaya yang lebih besar ini berarti bahwa Webb dapat mengintip lebih jauh ke masa lalu daripada yang mampu dilakukan Hubble. Hubble berada dalam orbit yang sangat dekat di sekitar bumi, sementara Webb akan berjarak 1,5 juta kilometer jauhnya di titik Lagrange (L2) kedua.

...

Seberapa jauh Webb akan melihat?

Karena waktu yang dibutuhkan cahaya untuk bepergian, semakin jauh suatu objek, semakin jauh ke belakang dalam waktu yang kita cari.

Ilustrasi ini membandingkan berbagai teleskop dan seberapa jauh mereka dapat melihat. Pada dasarnya, Hubble [HST] dapat melihat setara dengan "galaksi balita" dan Webb Telescope [JWST] akan dapat melihat "galaksi bayi". Salah satu alasan Webb akan dapat melihat galaksi pertama adalah karena itu adalah teleskop inframerah. Alam semesta (dan dengan demikian galaksi di dalamnya) mengembang. Ketika kita berbicara tentang benda-benda yang paling jauh, Jenderal Einstein Relatif sebenarnya ikut bermain. Ini memberitahu kita bahwa perluasan alam semesta berarti ruang antara benda-benda yang benar-benar membentang, menyebabkan benda-benda (galaksi) bergerak menjauh satu sama lain. Selain itu, setiap cahaya di ruang itu juga akan meregang, menggeser panjang gelombang cahaya itu menjadi panjang gelombang yang lebih panjang. Ini dapat membuat objek yang jauh sangat redup (atau tidak terlihat) pada panjang gelombang cahaya yang terlihat, karena cahaya itu mencapai kita sebagai cahaya inframerah. Teleskop inframerah, seperti Webb, sangat ideal untuk mengamati galaksi awal ini.

Pembaruan dalam teknik optik adaptif sedang berlangsung, lihat: " Pencitraan Diferensial Koheren Cepat pada Teleskop Berbasis Darat menggunakan Kamera Self-Coherent " (7 Jun 2018), oleh Benjamin L. Gerard, Christian Marois, dan Raphaël Galicher:

"Kami mengembangkan kerangka kerja untuk satu metode semacam itu berdasarkan pada self-coherent camera (SCC) untuk diterapkan pada teleskop berbasis darat, yang disebut Fast Atmospheric SCC Technique (FAST). Kami menunjukkan bahwa dengan penggunaan coronagraph dan koheren yang dirancang khusus algoritma pencitraan diferensial, merekam gambar setiap beberapa milidetik memungkinkan untuk mengurangi bintik atmosfer dan statis dengan tetap mempertahankan throughput planet ekstrasurya algoritmik satu kesatuan. Simulasi terperinci mencapai kontras dekat dengan batas kebisingan foton setelah 30 detik untuk bandpass 1% dalam pita H pada kedua bintang magnitudo 0 dan 5. Untuk case magnitudo 5, ini sekitar 110 kali lebih baik dibandingkan dengan apa yang saat ini dicapai dari instrumen ExAO jika kita mengekstrapolasi selama satu jam waktu pengamatan, menggambarkan bahwa peningkatan sensitivitas dari metode ini dapat memainkan peran penting dalam deteksi dan karakterisasi masa depan dari exoplanet massa rendah. "

Singkatnya, kadang-kadang mereka dapat sepenuhnya menghilangkan atmosfer. Perbaikan akan datang.

ESO 4LGSF - Fasilitas Bintang Panduan Laser - Empat laser digunakan untuk membuat bintang panduan untuk AO.

Menjawab pertanyaan Anda tentang membangun di bulan: Ini akan dikenakan biaya peluncuran dan pembatasan yang sama dengan ruang lingkup berbasis ruang, plus Anda harus berurusan dengan pendaratan dan dengan penurunan gravitasi. Jadi hal pertama yang Anda butuhkan adalah pangkalan bulan yang berfungsi yang dapat memproduksi semua komponen dari bahan baku lokal. Setelah itu di tempat (masukkan tawa besar di sini), Anda masih akan memerlukan optik adaptif (seperti halnya lingkup multi-elemen seperti JWebb) untuk penyejajaran dan offset sag gravitasi, tetapi karena itu statis, Anda tidak perlu frekuensi tinggi diperlukan respons di Bumi untuk menangani penyimpangan atmosfer. Anda akan ingin membangun di "sisi gelap" sehingga cahaya Terran tidak mengotori semuanya.

Jawaban untuk teleskop di bulan. Berada di permukaan bulan menciptakan masalah dibandingkan dengan mengambang bebas di ruang jauh dari planet / bulan mana pun. Gravitasi mendistorsi cermin / mekanik, membutuhkan rekayasa tambahan untuk mendukung berat, setengah langit terhalang oleh bulan setiap saat, emisi termal dari tanah, perubahan suhu dengan siklus siang-malam, debu ...

Sisi jauh dari bulan akan menjadi tempat terbaik untuk melakukan pengamatan radio frekuensi rendah. Bulan memblokir semua emisi dari bumi.