เหตุใดเราจึงสร้างกล้องโทรทรรศน์บนที่ดินที่ใหญ่กว่าแทนที่จะปล่อยกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นสู่อวกาศ

คำถามนี้คือการติดตามกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่กว่าจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเท่ากันหรือไม่

กระจกภาคพื้นดินขนาดใหญ่กว่านั้นจะต้องมีขนาดใหญ่กว่าเพื่อให้ตรงกับสิ่งที่พื้นที่ตามที่สามารถทำได้? ฉันเดาว่าฉันต้องการแสงที่มองเห็นเป็นหลัก แต่ฉันก็สนใจโดยทั่วไปเช่นกัน

ฉันเดาว่าบนพื้นดินคุณปลอดภัยจาก micrometeorites ดังนั้นมันน่าจะนานกว่านี้ การสร้างกล้องโทรทรรศน์บนดวงจันทร์หรือในบางประเด็นกลายเป็นถูกกว่ากัน?

มันถูกกว่า

(1) ด้วยออปติกที่ปรับได้คุณสามารถรับความละเอียด 0.1 อาร์คที่สองบนพื้น (ยอมรับได้เฉพาะบนภูเขาที่มีการไหลของอากาศที่ดีโดยเฉพาะ แต่ยัง!) สิ่งนี้จะขจัดข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่งของพื้นที่จนกว่าคุณจะได้เส้นผ่าศูนย์กลางกระจกหลายเมตร

(2) Rocket fairings เป็นผ้าห่อหุ้มที่ป้องกันน้ำหนักบรรทุกในช่วงความเร็วบรรยากาศเหนือเสียงที่มาถึงในระหว่างการปล่อย เครื่องบิน 5 เมตรนั้นใหญ่ที่สุดที่สามารถบินได้ซึ่ง จำกัด ขนาดของกระจกชิ้นเดียวที่สามารถเปิดตัวได้ (กระจกหวั่นเวบบ์กล้องโทรทรรศน์เป็นชิ้น ๆ ซึ่งจะประกอบตัวเองในพื้นที่ - เป็นมากน่ากลัวและมาก . ชิ้นที่มีราคาแพงของการออกแบบ)

(3) การให้บริการกล้องดูดาวที่อยู่ด้านบนของภูเขาไฟ Mauna Kea หรือในเทือกเขาชิลีอันสูงนั้นเป็นกระบวนการที่ยากและมีราคาแพง การให้บริการกล้องโทรทรรศน์ในวงโคจรทำให้ดูเหมือนว่าการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย (ราคาเทียบได้กับต้นทุนในการสร้างขอบเขตขนาดใหญ่บนโลก) และการให้บริการในวงโคจรไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยีปัจจุบันยกเว้นในวงโคจรของโลกที่ต่ำ

(4) ในขณะที่ความละเอียดสูงเป็นหนึ่งในขอบเขตของดาราศาสตร์ลึกลงไปอีกและจะต้องใช้กระจกบานใหญ่ กระจก 30 เมตรบนโลกรวบรวมแสงมากกว่ากระจก 5 เมตรในอวกาศ กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินขนาดยักษ์ทำงานได้ดีกว่าในการเป็นที่เก็บแสงสำหรับสเปคโทรสโคปมากกว่าสิ่งใด ๆ ที่เรายังไม่สามารถใส่เข้าไปในอวกาศได้

บรรทัดล่างคือด้วยการพัฒนาออพติคที่ปรับตัวได้กล้องโทรทรรศน์ที่มีพื้นที่ซึ่งสามารถสร้างได้และขนาดที่เปิดใช้งานได้ในปัจจุบันสูญเสียความได้เปรียบหลักไปจากกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดิน และเนื่องจากพวกมันมีค่าใช้จ่าย 10 ถึง 100 เท่าพวกเขาจึงไม่คุ้มที่จะสร้างเพื่อวัตถุประสงค์มากมาย

กล้องโทรทรรศน์อวกาศนั้นยังคงมีขอบที่สำคัญในส่วนของสเปกตรัมที่ถูกบล็อกโดยชั้นบรรยากาศเช่น UV และ IR (Webb) และสำหรับงานบางอย่างที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพด้วยความแม่นยำสูงในระยะยาว (Kepler) และ astrometry (Gaia) แต่สำหรับการใช้งานทั่วไปความสมดุลนั้นดูเหมือนจะอยู่ที่พื้นของกล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่อย่างแน่นหนา

สิ่งนี้จะเปลี่ยนแปลงหากการบินอวกาศกลายเป็นถูกกว่า - ตัวอย่างเช่น SpaceX BFR ที่มีเครื่องบิน 9 เมตรและค่าใช้จ่ายในการเปิดตัวที่ต่ำลงอย่างมากทำให้มีความหวังที่ดีสำหรับกล้องโทรทรรศน์อวกาศ

นอกจากคำตอบที่ยอดเยี่ยมของ Mark ...

เหตุใดเราจึงสร้างกล้องโทรทรรศน์บนที่ดินที่ใหญ่กว่าแทนที่จะปล่อยกล้องโทรทรรศน์ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นสู่อวกาศ

หากคุณมีเงินสำหรับบ้านสองหลังบ้านหลังหนึ่งใกล้ทำงานและ 'กระท่อมฤดูร้อน' ในป่าคุณจะแบ่งงบประมาณอย่างไร

คำถามนี้คือการติดตามกล้องโทรทรรศน์ที่ใหญ่กว่าจะให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่าเท่ากันหรือไม่

ใช่และฉันไม่ใช่แฟนของคำตอบเหล่านั้นบางที @MarkOlson ก็ไม่ประทับใจเช่นกัน

คำตอบเหล่านั้นคิดถึงเลนส์ที่ปรับเปลี่ยนได้ ( ยกเว้นว่ามีราคาแพงและไม่มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะ) และความสามารถในการอัพเกรดทุกอย่างได้ง่ายยกเว้นขนาดของอาคารและกระจกหลัก

กระจกภาคพื้นดินขนาดใหญ่กว่านั้นจะต้องมีขนาดใหญ่กว่าเพื่อให้ตรงกับสิ่งที่พื้นที่ตามที่สามารถทำได้? ฉันเดาว่าฉันต้องการแสงที่มองเห็นเป็นหลัก แต่ฉันก็สนใจโดยทั่วไปเช่นกัน

มันไม่มาก "ใหญ่กว่ามาก" มันคือ "ทำการตลาดความคิดของคุณอย่างมีประสิทธิภาพรักษาเงินทุนให้ได้มากที่สุดและสร้างอาคารที่ใหญ่ที่สุดด้วยกระจกหลักที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะทำได้" ขุดลึกและสร้างสิ่งที่คุณทำได้ไม่ได้รับการอัพเกรดให้ใหญ่ที่สุดเท่าที่จะทำได้เซ็นเซอร์และซุปเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถแก้ไขส่วนที่เหลือได้

ฉันเดาว่าบนพื้นดินคุณปลอดภัยจาก micrometeorites ดังนั้นมันน่าจะนานกว่านี้ การสร้างกล้องโทรทรรศน์บนดวงจันทร์หรือในบางประเด็นกลายเป็นถูกกว่ากัน?

กล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินและอวกาศนั้นมีประโยชน์และใช้น้อยกว่าดวงจันทร์

เมื่อเรามี "The Acme Telescope Company" เปิดร้านแรกของพวกเขาบนดวงจันทร์ราคาที่ซื้อจะลดลงจนกว่าโลกและฐานอวกาศจะถูกกว่า ด้วยการใช้พื้นที่เป็นหลักสามารถพบคุณได้ครึ่งทางสำหรับการซ่อมแซมด้วยพื้นดิน (แม้บนยอดเขา) สถานที่ซ่อมมักจะอยู่ใกล้แค่เอื้อม

ที่ Paranal อาคารบำรุงรักษากระจกตั้งอยู่บนยอดเขาใกล้กับกระจก

บทความวิทยาศาสตร์อเมริกา: กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์คือ "ใหญ่เกินกว่าจะล้มเหลว" อธิบายว่า:

“ สมมติว่าเราทำให้มันเป็นเส้นทางการฉีดไปยัง Earth-Sun L2 แน่นอนว่าสิ่งที่มีความเสี่ยงมากที่สุดต่อไปคือการปรับใช้กล้องโทรทรรศน์ และแตกต่างจากฮับเบิลเราไม่สามารถออกไปแก้ไขได้ ไม่ใช่แม้แต่หุ่นยนต์ที่สามารถออกไปข้างนอกและแก้ไขได้ ดังนั้นเราจึงมีความเสี่ยงสูง แต่เพื่อผลตอบแทนที่ดี” Grunsfeld กล่าว

อย่างไรก็ตามมีความพยายามเล็กน้อยที่จะทำให้ JWST“ เป็นประโยชน์” เหมือนฮับเบิลตามสกอตต์วิลละบีผู้จัดการโครงการของ JWST ที่ Northrop Grumman Aerospace Systems ในเรดอนโดบีชแคลิฟอร์เนีย บริษัท การบินและอวกาศเป็นผู้รับเหมาชั้นนำของนาซ่าในการพัฒนาและผนวกรวม JWST และได้รับมอบหมายให้จัดทำ“ วงแหวนส่งยานพาหนะบนวงแหวน” บนกล้องโทรทรรศน์ซึ่งอาจจะ“ ถูกจับได้บางอย่าง” ไม่ว่านักบินอวกาศหรือหุ่นยนต์ที่ปฏิบัติการจากระยะไกล หากยานอวกาศถูกส่งไปที่ L2 เพื่อเทียบท่ากับ JWST มันจะสามารถทำการซ่อมแซมได้หรือถ้าหอดูดาวทำงานได้ดีเพียงแค่ปิดถังน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อยืดอายุของมัน แต่ในปัจจุบันไม่มีเงินถูกจัดสรรให้กับเหล่าฮีโร่ ในกรณีที่ JWST ทนทุกข์ทรมานกับสิ่งที่ผู้อยู่ในยานอวกาศเรียกว่า "วันที่เลวร้าย" ไม่ว่าจะเป็นเพราะอุบัติเหตุจรวดหรือความผิดพลาดในการติดตั้งหรือสิ่งที่ไม่คาดฝัน Grunsfeld กล่าวว่าในปัจจุบันมีกลุ่มของหอสังเกตการณ์ในอวกาศ

เปิดตัวยานพาหนะแหวน (LVIR) ตีขึ้นรูป (2) ส่งมอบ

อ้างอิงจากเว็บไซต์ " กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์ " (JWST):

กระจกหลักที่สมบูรณ์จะมีขนาดใหญ่กว่า 2.5 เท่าของกระจกหลักของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลซึ่งมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 2.4 เมตร แต่จะมีน้ำหนักประมาณครึ่งหนึ่งเท่า ๆ กัน

กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์เวบบ์จะรวบรวมแสงเร็วกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลประมาณ 9 เท่าเมื่อพิจารณาจากรายละเอียดขนาดกระจกรูปร่างและคุณสมบัติที่สัมพันธ์กันในการออกแบบแต่ละครั้งเอริคสมิ ธ นักวิทยาศาสตร์โครงการ JWST ที่สำนักงานใหญ่ขององค์การนาซ่ากล่าว วอชิงตันความไวที่เพิ่มขึ้นจะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์มองย้อนกลับไปเมื่อกาแลคซีแรกก่อตัวหลังจาก Big Bang กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่จะมีข้อดีสำหรับดาราศาสตร์ทุกด้านและจะปฏิวัติการศึกษาว่าดาวและระบบดาวเคราะห์ก่อตัวและวิวัฒนาการอย่างไร

ดูเพิ่มเติม: " กล้องโทรทรรศน์เวบบ์ฮับเบิล vs ":

... วัตถุที่อยู่ไกลกว่าจะถูกเปลี่ยนเป็นสีแดงมากขึ้นและแสงของพวกมันถูกผลักจากรังสี UV และแสงไปยังอินฟราเรดใกล้ ดังนั้นการสำรวจวัตถุที่อยู่ไกลออกไป (เช่นกาแลคซีแห่งแรกที่เกิดขึ้นในเอกภพ) ต้องใช้กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด

นี่คือเหตุผลอื่นที่เวบบ์ไม่ได้แทนที่ฮับเบิลคือความสามารถของมันไม่เหมือนกัน เวบบ์จะมองจักรวาลเป็นหลักในช่วงอินฟราเรดขณะที่ฮับเบิลศึกษาเป็นหลักที่ความยาวคลื่นแสงและรังสีอัลตราไวโอเลต (แม้ว่ามันจะมีความสามารถด้านอินฟราเรด) เวบบ์ยังมีกระจกที่ใหญ่กว่าฮับเบิลด้วย พื้นที่เก็บแสงที่ใหญ่กว่านี้หมายความว่าเวบบ์สามารถมองย้อนกลับไปได้ไกลกว่าฮับเบิลสามารถทำได้ ฮับเบิลอยู่ใกล้กับวงโคจรรอบโลกมากในขณะที่เวบบ์จะอยู่ห่างออกไป 1.5 ล้านกิโลเมตร (กม.) ที่จุด Lagrange (L2) แห่งที่สอง

...

เวบบ์จะมองไกลแค่ไหน?

เนื่องจากเวลาที่ใช้ในการเดินทางแสงวัตถุที่อยู่ไกลออกไปคือเวลาที่เรามองย้อนกลับไป

ภาพประกอบนี้เปรียบเทียบกล้องโทรทรรศน์ต่าง ๆ และดูว่าพวกเขาสามารถมองเห็นได้ไกลแค่ไหน โดยพื้นฐานแล้วฮับเบิล [HST] สามารถมองเห็นเทียบเท่า "กาแลคซีวัยหัดเดิน" และกล้องโทรทรรศน์เวบบ์ [JWST] จะสามารถมองเห็น "กาแลคซีทารก" เหตุผลหนึ่งที่เวบบ์สามารถมองเห็นกาแลคซีแห่งแรกคือเพราะมันเป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรด จักรวาล (และกาแล็กซี่ในนั้น) กำลังขยายตัว เมื่อเราพูดถึงวัตถุที่อยู่ไกลที่สุดนายพลของไอน์สไตน์ค่อนข้างเข้ามามีบทบาท มันบอกเราว่าการขยายตัวของเอกภพหมายความว่ามันเป็นช่องว่างระหว่างวัตถุที่ยืดออกจริง ๆ ทำให้วัตถุ (กาแล็กซี่) เคลื่อนที่ออกจากกันและกัน นอกจากนี้แสงใด ๆ ในพื้นที่นั้นก็จะยืดขยายความยาวคลื่นของแสงนั้นไปยังความยาวคลื่นอีกต่อไป สิ่งนี้สามารถทำให้วัตถุที่อยู่ห่างไกลสลัวมาก (หรือมองไม่เห็น) ที่ความยาวคลื่นแสงที่มองเห็นได้ เพราะแสงนั้นมาถึงเราเหมือนแสงอินฟราเรด กล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดเช่นเวบบ์เหมาะสำหรับการสำรวจกาแลคซียุคแรกเหล่านี้

การอัปเดตในเทคนิคการปรับตัวทางแสงยังคงดำเนินต่อไปโปรดดูที่: "การถ่ายภาพดิฟเฟอเรนเชียลที่แตกต่างกันอย่างรวดเร็วบนกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินโดยใช้กล้อง Self-Coherent " (7 มิ.ย. 2018) โดย Benjamin L. Gerard, Christian Marois และRaphaël Galicher:

"เราพัฒนากรอบการทำงานสำหรับวิธีดังกล่าวโดยใช้กล้องเชื่อมโยงตนเอง (SCC) เพื่อนำไปใช้กับกล้องโทรทรรศน์ภาคพื้นดินที่เรียกว่า Fast Atmospheric SCC (FAST) เราแสดงให้เห็นว่ามีการใช้ coronagraph ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษและเชื่อมโยงกัน อัลกอริธึมการถ่ายภาพที่แตกต่างกัน, การบันทึกภาพทุกๆไม่กี่มิลลิวินาทีช่วยให้สามารถลบจุดบรรยากาศและจุดคงที่ในขณะที่ยังคงอัตราการส่งผ่านดาวเคราะห์นอกระบบแบบเอกภาพอัลกอริธึมที่ใกล้เคียงกัน บนดาวทั้งสองดวงที่ 0 และที่ 5 สำหรับกรณีขนาดที่ 5 นี่คือความคมชัดแบบดิบที่ดีกว่าประมาณ 110 เท่าจากที่ได้รับจากเครื่องมือ ExAO ในปัจจุบันหากเราคาดการณ์เวลาหนึ่งชั่วโมงในการสังเกตซึ่งแสดงให้เห็นว่าการปรับปรุงความไวจากวิธีนี้สามารถมีบทบาทสำคัญในการตรวจจับในอนาคตและการจำแนกลักษณะของดาวเคราะห์นอกระบบมวลต่ำ

ในระยะสั้นบางครั้งพวกเขาสามารถลบบรรยากาศโดยสมบูรณ์ การปรับปรุงกำลังมา

ESO 4LGSF - สิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับดาวนำทางด้วยเลเซอร์ - เลเซอร์สี่ตัวถูกใช้เพื่อสร้างดาวนำทางสำหรับ AO

ตอบคำถามย่อยของคุณเกี่ยวกับการสร้างบนดวงจันทร์: เรื่องนี้ขึ้นอยู่กับค่าใช้จ่ายและข้อ จำกัด ในการเปิดตัวเช่นเดียวกับขอบเขตของ 'space-based' รวมถึงคุณต้องจัดการกับการลงจอดและด้วยแรงโน้มถ่วง ดังนั้นสิ่งแรกที่คุณต้องการคือฐานดวงจันทร์ที่ใช้งานได้ซึ่งสามารถผลิตส่วนประกอบทั้งหมดจากวัตถุดิบในท้องถิ่น เมื่ออยู่ในสถานที่ (ใส่เสียงหัวเราะขนาดใหญ่ที่นี่) คุณจะยังคงต้องใช้เลนส์แบบปรับได้ (เช่นขอบเขตหลายองค์ประกอบเช่น JWebb) สำหรับการจัดตำแหน่งและการลดความโน้มถ่วง offsets แต่เป็นแบบคงที่คุณไม่ต้องการความถี่สูง การตอบสนองที่จำเป็นบนโลกเพื่อจัดการกับความผิดปกติของชั้นบรรยากาศ คุณจะต้องสร้างบน "ด้านมืด" เพื่อให้แสง Terran ไม่เหม็นทุกอย่าง

ตอบกล้องโทรทรรศน์บนดวงจันทร์ การอยู่บนพื้นผิวของดวงจันทร์สร้างปัญหาเมื่อเทียบกับการลอยอย่างอิสระในอวกาศไกลจากดาวเคราะห์ / ดวงจันทร์ใด ๆ กระจก / กลไกแรงโน้มถ่วงบิดเบือนต้องใช้วิศวกรรมพิเศษเพื่อรองรับน้ำหนักครึ่งท้องฟ้าถูกปิดกั้นโดยดวงจันทร์ได้ตลอดเวลาการปล่อยความร้อนจากพื้นดินการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิกับวงจรกลางวันกลางคืนฝุ่น ...

อีกด้านหนึ่งของดวงจันทร์เป็นสถานที่ที่ดีที่สุดในการสังเกตการณ์คลื่นความถี่ต่ำ ดวงจันทร์บล็อกการปล่อยทั้งหมดจากโลก