Können große wissenschaftliche Teleskope den Mond unbeschadet beobachten?

Wenn ich durch mein 10-cm-Teleskop auf den Vollmond schaue, ist er so hell, dass es wehtut. Können große wissenschaftliche Teleskope den Mond überhaupt beobachten? Braucht man dafür spezielle Schutzausrüstung? Oder dedizierte Teleskope (oder gar keine)?

Insbesondere das E-ELT (European Extremely Large Telescope) wird einen Spiegel mit 39 m Durchmesser haben. Wenn es auf den Vollmond gerichtet wäre, würde das die wissenschaftlichen Instrumente beschädigen? Würde das am Brennpunkt eine signifikante Temperatur erzeugen?

Obligatorische xkcd-Referenz: what-if.xkcd.com/145
Obligatorisch und sehr frustrierend, @vsz!

Antworten (3)

Keine Beschädigungsgefahr (die Riesigkeit des Teleskops macht kaum einen Unterschied!), aber diese Kameras können nicht mit einer Verschlusszeit von 1/1000 Sekunde aufnehmen, sodass der beleuchtete Teil des Mondes aufgrund von Überbelichtung außer Reichweite ist.

Können große wissenschaftliche Teleskope den Mond beobachten...

Der helle Teil wird wahrscheinlich zu hell sein, um ihn mit einer Tiefenfeldkamera leicht abzubilden, da er für Integrationszeiten von Sekunden bis Minuten ausgelegt ist.

Die Hardware ist nicht in der Lage, eine 1/1000-Sekunden-Belichtung bereitzustellen, sodass nur Objekte im Schatten (oder auf der unbeleuchteten Seite des Mondes) eine Chance haben, belichtet zu werden.

Wenn ich durch mein 10-cm-Teleskop auf den Vollmond schaue, ist er so hell, dass es wehtut

Aufgrund der Etendue-Erhaltung (siehe unten) hat der Mond die gleiche Oberflächenhelligkeit, wenn er durch jedes Teleskop oder Fernglas gesehen wird. Es ist nur so, dass es größer ist und sich daher über einen größeren Bereich Ihrer Netzhaut ausbreitet.

Es ist, als würde man 100 Vollmonde am Himmel betrachten, aber jeder Mond ist nicht heller als der, den wir jetzt sehen.

Wenn Sie eine weniger als präzise, ​​aber einfache Formulierung eingeben, erhöht die Vergrößerung die Größe, aber nicht die scheinbare Helligkeit pro Flächeneinheit ausgedehnter Objekte.

...ohne Schaden zu nehmen?

Schäden sind ausgeschlossen.

Diese Antwort auf Kann ein Teleskop jemals die scheinbare Leuchtdichte eines ausgedehnten Objekts erhöhen? sagt Nein und erklärt, dass dies das Ergebnis der Etendue-Erhaltung ist

Bei großen Teleskopen sind die Brennebenen auch ziemlich groß.

(units: mm)                aperture focal length   f/no.
Human eye                        6         17      2.8      
Vera C. Reuben telescope     8,360     10,310      1.23

Also pro Quadratmikrometer wird das Bild des Mondes sein ( 2.8 / 1.23 ) 2 ≈ 5 Mal heller auf der Brennebene des Worst-Case- 1- Teleskops als auf unserer Netzhaut (durch ein Teleskop oder mit dem Auge gesehen), das wird dem Silizium nicht schaden.

Schließlich machen wir Außenaufnahmen oft mit der Sonne im Sichtfeld, und das schmilzt nicht einmal die Polymerbeschichtungen und Farbfilter auf dem CCD!

1 niedrigste f/no. großes Teleskop so hell pro Flächeneinheit auf dem Sensor.

LSST-Brennebene

Quelle

Suzanne Jacoby mit dem maßstabsgetreuen Modell des LSST-Focal-Plane-Arrays. Der Durchmesser des Arrays beträgt 64 cm. Dieses Mosaik liefert über 3 Gigapixel pro Bild. Das Bild des Mondes (30 Bogenminuten) ist vorhanden, um den Maßstab des Gesichtsfeldes zu zeigen.

"Das schmilzt nicht einmal die Polymerbeschichtungen und Farbfilter auf dem CCD" ... vielleicht wegen sehr kurzer Verschlusszeiten, die Sie festgestellt haben und die wissenschaftlichen Instrumenten nicht zur Verfügung stehen. Siehe auch photo.stackexchange.com/questions/4016/…
Ein Link auf der photo.stackexchange-Seite, auf den Eric Towers verwies, zeigt die Schäden, die Leihlinsen durch Personen zugefügt wurden, die Fotos einer Sonnenfinsternis machten: lensrentals.com/blog/2017/09/…
Und dieses Video, das zeigt, wie einfach es ist, eine DSLR zu beschädigen, indem man sie an einem großen Teleobjektiv anbringt und sie auf die Sonne richtet (selbst bei geschlossenem Verschluss können Sie den Sensor vollständig zerstören): youtube.com/watch?v=2TO_yZDxryQ&t =109s
Kann die scheinbare Helligkeit nicht erhöhen? Haben Sie als Kind nie mit einer Lupe Feuer gemacht?
@jamesqf Es gibt mehrere Gründe, warum unsere Augen nicht brennen. 1) unsere Netzhaut ist im Wesentlichen transparent; das Licht zerfällt über eine längere Distanz als in braunem Gras, 2) unsere Augen sind wässrig, was eine höhere Wärmekapazität als Gras hat, 3) es gibt dazwischenliegendes Material vor der Netzhaut, das, obwohl es irgendwie transparent ist, tatsächlich a absorbiert erhebliche Menge Licht vor der Netzhaut (insbesondere IR und UV) 4) wir (versuchen es nicht) längere Zeit in die Sonne zu starren. Wahrscheinlich gibt es noch andere.
@jamesqf eher ein schräger Kommentar, warum äußern Sie Ihr Zögern nicht in Form einer Stack Exchange-Frage, vielleicht hier oder in Physics SE, und sehen Sie, wohin es führt!
@ EricTowers Point-and-Shoot-Kameras haben keine physischen Verschlüsse, Handys auch nicht, viele spiegellose DLSRs auch nicht. Keine dieser Kameras wird beschädigt, wenn die Sonne für Sekunden oder länger ins Bild fällt, sonst würde sie niemand kaufen! Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, eine Kamera zu verkaufen, die Sie an einem sonnigen Tag nicht mit nach draußen nehmen können!
@PeterErwin, warum nicht all das Zeug als Antwort auf meine Photography SE-Frage posten? Auf diese Weise können Fotografen mit Erfahrung in diesen Angelegenheiten darüber abstimmen und es überprüfen?
@jamesqf h̶e̶a̶t̶ ̶c̶a̶p̶a̶c̶i̶t̶y̶ Wärmeleitfähigkeit und spezifische Wärme. Aus diesem Grund brauchen Sie trockenes Gras, um Ihr Feuer zu entzünden, und Sie können keinen lebenden Baum verwenden (es sei denn, er hat eine ziemlich trockene, dünne Rinde).
@uhoh: Nein, der Grund, warum unsere Augen nicht brennen (abgesehen davon, dass sie aus feuchtem, nassem Zeug bestehen), ist, dass sie nicht groß genug sind, um ausreichend Sonnenenergie zu sammeln und zu konzentrieren. Erhöhen Sie die Fläche erheblich, und Sie können fast alles in Brand setzen (oder schmelzen / verdampfen): en.wikipedia.org/wiki/Odeillo_solar_furnace Und ich drücke dies nicht als Frage aus, weil ich keine Frage HABE. Ich habe nur versucht, Sie dazu zu bringen, darüber nachzudenken, warum Ihre Antwort falsch sein könnte.
@uhoh Die Links, die ich gepostet habe, stammen von einer der Antworten (dritthöchster Rang) auf der Photography SE-Seite, auf die Eric Towers verlinkt ist. Sie wurden also bereits überprüft.
@PeterErwin okay, wir können eine sehr dünne Platte aus schwarz eloxiertem Edelstahl rauchen , aber das ist nicht das, was ein Bildsensor ist; Es ist meist transparentes Material auf Silikon. Die Dämpfungslänge von sichtbarem Licht beträgt im nahen Infrarot mehrere Mikrometer bis zu mehreren zehn Mikrometern im Vergleich zu wahrscheinlich Nanometern in eloxiertem Stahl, und die Wärmeleitfähigkeit von Silizium ist besser, und ein Großteil der absorbierten Energie wird zuerst in Träger umgewandelt, die sich bewegen und gesammelt werden bevor sie thermalisiert werden . Es ist ein Vergleich zwischen Äpfeln und Wachsäpfeln .
@uhoh Aus dem verlinkten Blogbeitrag: „Das häufigste Problem, auf das wir bei Schäden durch die Sonnenfinsternis gestoßen sind, waren Sensoren, die durch die Hitze zerstört wurden. Wir haben alle in einem Blogbeitrag gewarnt, einen Sonnenfilter für Ihr Objektiv zu kaufen, und auch gesendet Massen-E-Mails und Flyer, die erklären, was man braucht, um die Ausrüstung angemessen zu schützen. Aber nicht jeder hält sich an die Regeln, und als Ergebnis haben wir ziemlich viele zerstörte Sensoren."
@PeterErwin Okay, ich werde darüber nachdenken, wie ich irgendwo eine neue Frage stellen kann, und diesen Blogpost zitieren, etwas in der Art von "Wie kommt es, dass meine f / 2 iPhone 6 Point-and-Shoot-Kamera nie durch Aufnahmen in die Sonne beschädigt wurde, aber Die Kameras anderer Leute werden beschädigt? Das Problem mit dieser Frage in Photography SE ist, dass Physik manchmal fest verankerte Überzeugungen nicht übertrumpft, also könnte ich in Physics SE fragen. Lassen Sie uns zuerst sehen, wie die Dinge mit meiner Frage zum Augapfel des Sonnenofens laufen .
@PeterErwin Wie dort erwähnt, hat es möglicherweise mit der Skalierung zu tun; Die Intensität eines 1: 2-Bildes in der Brennebene sollte für ein winziges und ein riesiges Objektiv gleich sein, aber für den Teil der Intensität, der thermalisiert wird, hat das Verhältnis von Umfang zu Fläche eine Skalierung. Wärme kann von den Rändern eines 40-Mikron-Punkts viel leichter abgeführt werden als von einem 2000-Mikron-Punkt. Ich denke, das könnte der Schlüssel zum Unterschied sein. Überwachungskameras und Himmelskameras können jahrzehntelang jeden Tag den ganzen Tag auf die Sonne blicken ...
Wow! Eine GIGApixel-Kamera ist unglaublich groß :D

Es könnte die Instrumente beschädigen, aber es kann keine sehr signifikante Temperatur erzeugen. Sie können Optiken (Spiegel, Linsen) nicht verwenden, um etwas mehr als die Temperatur des Dings selbst zu erhitzen! Wenn Sie könnten, würden Sie Wärme von etwas Kaltem auf etwas Heißes übertragen, ohne Arbeit zu leisten, und das verstößt gegen den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.

Die Oberfläche des Mondes hat eine Temperatur von etwa 100 ° C, daher ist es thermodynamisch unmöglich, Mondlicht zu verwenden, um etwas über dieser Temperatur zu erhitzen. In der Praxis bekommt man selbst mit einem großen Spiegel nicht viel Wärme ab. Zumindest nicht genug, um den CCD zu schmelzen.

Allerdings sind die Instrumente nicht dafür ausgelegt, mit so viel Licht auf Dauer fertig zu werden. Dies könnte durch einfaches Verwenden sehr kurzer Belichtungen gehandhabt werden.

Ja, schon verlinkt.
Das thermodynamische Argument gilt nur für die Temperatur der Sonne, nicht des Mondes. Mir ist klar, dass Munroe etwas anderes sagt, aber soweit ich das beurteilen kann, liegt er einfach falsch. Die Temperatur der Mondsteine ​​hängt von dem Licht ab, das sie absorbieren, während Mondlicht das Licht ist, das sie nicht absorbieren, und es gibt keine besondere Verbindung zwischen den beiden.
Genau, stellen Sie sich als Gedankenexperiment statt des Mondes einen riesigen Spiegel im All vor, der würde Sachen schmelzen, egal ob es kalt ist oder nicht. Moon ist nur ein nicht sehr guter Spiegel.
@JohnEye, aber der nicht sehr gute Teil ist wichtig.
@ user253751 Warum? Wenn nur 1 % der Oberfläche eines bestimmten Felsens das Sonnenlicht reflektiert, ist es immer noch Sonnenlicht und es ist immer noch heiß. Sie brauchen nur ein größeres Teleskop. Was Sie mit einem großen Teleskop nicht tun können, ist, die Schwarzkörperstrahlung eines Objekts mit einer bestimmten Temperatur auf eine höhere Temperatur zu fokussieren, als das Objekt hat. Die Leute sollten aufhören, Munroes Zeug als Evangelium zu betrachten. Er ist ein Über-Nerd, aber er ist immer noch ein Mensch.
@JohnEye Die zweite Hälfte des Was-wäre-wenn-Artikels befasst sich mit Ihrem genauen Argument. Was ist daran falsch?
Ich denke, Munroe hat Recht, wenn er von der „Erhaltung der Etendue“ spricht; Ich vermute, er liegt im vorletzten Absatz falsch, wie benrg und JohnEye vorschlagen.
@Spacedog Zumindest mit einem richtigen Spiegel wäre das Argument eindeutig falsch (und ich stelle fest, dass Munroe es nicht geschafft hat): Aus der Nähe in einen Spiegel zu schauen, ist wie ein Blick in das eigentliche Objekt; Der Spiegel entspricht optisch einer Glasscheibe und das Argument "Sie können nichts heißer als die Glasscheibe machen" wäre offensichtlich falsch, wie mit einer Linse hinter einem Fenster demonstriert werden kann. Nun stellt sich die Frage, ob dieser Gedankengang auch für die Streureflexion gilt.
@Spacedog Diese Antwort behauptet, während Munroe sagt: "Aber Sie sagen, der Mond ist kein Schwarzkörper!" er fährt damit fort, es im Rest seiner Argumentation als solches zu behandeln.
@Peter - Wiedereinsetzen von Monica: Angenommen, wir haben eine große Anzahl von Spiegeln zur Verfügung. Angenommen, jeder Spiegel ist 1 m ^ 2 groß und fängt so 1 KW Sonnenstrahlung ab. (Wir führen dieses Gedankenexperiment im Weltraum durch.) Die Energie wird auf einen 1 m^2 großen Fleck reflektiert, also erhält der Fleck 1 KW/m^2. Fügen Sie einen zweiten Spiegel hinzu, es werden 2 KW/m^2. Erhöhen Sie die Anzahl der Spiegel auf eine Million, und dieser Punkt bekommt 1 GW/m^2, oder? Und (wenn man Probleme mit stabilen Umlaufbahnen ignoriert) könnten wir die Zahl erhöhen, bis wir einen großen Teil der Sonnenstrahlung auf diesen einen Quadratmeter fokussieren. Was geschieht?
Reflektiert der Mond nicht nur Licht von etwas, das ... viel heißer als 100°C ist?

Es hängt wahrscheinlich von den Details des/der ausgestatteten Sensor(s) ab.

Nehmen wir an, die Sensorgröße im Fokusbereich beträgt etwa 10 cm x 10 cm (eine typische Größe , wenn Sie sich VLT-Instrumente ansehen ).

Die Sonne ist mit 1370 W/m² etwa 400.000 mal heller als der Mond .

Die Bestrahlung im Fokusbereich ist also:

P = 1370 W / M ² 400.000 ⋅ ( 39 M 2 ) 2 ⋅ π 0,01 M ² = 410 W / M ²

So erhalten wir am Ende eine Bestrahlungsintensität von etwa 1/3 der der nackten Sonne - das ist etwas, womit typische CCDs immer noch fertig werden können - obwohl ich davor warnen würde, dies für längere Belichtungen zu tun und kein Objektiv für die visuelle Beobachtung anzubringen - es würde Ihre Augen schädigen. Abhängig von den detaillierten thermischen Eigenschaften des Sensors können seine Kühlung und Fixierung beschädigt werden, wenn einige Elemente aufgrund längerer Exposition überhitzt werden. Dies ist ein besonders wahrscheinliches Szenario, wenn Filter beteiligt sind, wie sie häufig verwendet werden - sie sind nicht dafür ausgelegt, viel Energie zu absorbieren, sie sind für Situationen mit wenig Licht und Wellenlängenpräzision ausgelegt.

"Eine Strahlungsintensität von etwa 1/3 der nackten Sonne" Wenn ich draußen in der Sonne stehe, wird meine Haut vom Sonnenlicht leicht erwärmt, aber ich sehe nicht, wie 1/3 davon Schaden nehmen soll a CCD. Sie können überprüfen, wie viel Leistung von der On-Chip-Ausleseschaltung pro Quadratmeter verbraucht wird , und sehen, ob sie nicht tatsächlich größer ist. Licht selbst wird ihm sicherlich nicht schaden.
Können große wissenschaftliche Teleskope den Mond unbeschadet beobachten?
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