Für die Zwecke dieses Beitrags bedeutet Vollspektrum eine nicht triviale Anzahl von Frequenzen innerhalb eines nicht trivialen Bandes. Das menschliche Auge hat also nicht das gesamte Spektrum innerhalb des Sichtbereichs (jeder Kegel ist breitbandig, sie überlappen sich und es gibt nur drei), sondern zehn oder zwanzig relativ schmale, nicht überlappende Kanäle, die die volle Breite abdecken. Ich definiere es im Voraus, damit klar ist, was ich bespreche.

Keine große Sache. Multispektrale CCD-Kameras (Charge-Coupled Device) sind auf dem Markt.

Ebenso weiß ich, dass man optische Interferometer bauen kann, aber derzeit ist keines in der Lage, ein visuelles Bild aufzulösen.

Ich bin kein Experte auf diesem Gebiet, aber soweit ich das hier sagen kann , existieren optische Interferometer, die visuelle Bilder auflösen, entweder oder befinden sich in der Prototypenentwicklung.

Aber hier stößt man auf das erste Problem. Die durchschnittliche Entfernung des Asteroidengürtels von der Sonne beträgt 3,2 AE, sodass wir unsere Radioteleskopscheibe mit einem Durchmesser von 6,4 AE und einem Umfang von 32,2 AE behandeln können. Selbst wenn Sie die Daten auf der Erde verarbeitet haben, ist die Hälfte dieser Scheibe nicht sichtbar, also müssen Sie die Daten über unzuverlässige, nicht deterministische Verbindungen mit niedriger Bandbreite und hoher Latenz für 34,2 AE (Entfernung zu einem gemeinsamen Sender) übertragen da es nur ein Weltraumnetzwerk plus Entfernung zur Erde gibt). Der Nichtdeterminismus ist der potenzielle Killer, da Sie nicht bestimmen können, wie die Daten überlagert werden sollen.

Nach dem, was ich gelesen habe, besteht die in anderen großen Setups verwendete Lösung darin, zeitgestempelte Schnappschüsse der Daten zu erstellen. Der Trick wäre, die Uhren synchron zu halten, was kein unangemessenes Problem ist. Die Bilder wären nicht live. Wäre das ein Problem?

Angesichts der Tatsache, dass eine größere Auswahl an Teleskopen die Datenübermittlung erschwert (Sie haben kompliziertere Wege, um die Daten von A nach B zu übertragen, da Teleskope ihre eigenen Daten übertragen möchten, die Bandbreite eingeschränkt ist, da Sie Radioteleskope verwenden und die Interferometrie dies immer noch tun muss die Daten zusammenfügen), ist es vernünftig anzunehmen, dass Sie an anderer Stelle im Gürtel eine Mindestanzahl von Relaisstationen für die Anzahl der Teleskope haben.

Sie könnten ein Mesh-Netzwerk verwenden. Die radialsten Knoten geben ihre Informationen nach innen weiter. Es würde weniger Strom benötigen und fehlertoleranter sein.

Aber Sie haben jetzt die Anzahl der Orte hinzugefügt, die mit anderen Objekten kollidieren können, die aufgrund harter Strahlung im Weltraum ausfallen können und die sich relativ zu den Teleskopen, die sie übertragen, unvorhersehbar bewegen (N-Körper-Problem).

Die Knoten könnten ihre eigenen Positionen bestimmen, indem Kalman-Eingaben filtert von:

• Messwert des Beschleunigungsmessers an Bord, plus letzte bekannte Geschwindigkeit und Position
• Latenz zum nächsten Mesh-Netzwerkknoten (oder mehreren Knoten) (diese Technik wird von Ihrem Mobiltelefon verwendet, um den Standort als Ergänzung zu GPS zu bestimmen)
• Entfernung und Peilung (bestimmt durch Leuchtdichte) zur Sonne
• Latenz von zeitgestempelten Impulsen von der Erde oder anderen Sendern in Ihrem System (GPS), die auch zur Messung der Uhrendrift verwendet werden können

Wir können also sagen, dass es eine Obergrenze geben sollte, eine Grenze, ab der entweder die Teleskope aufgrund von Kommunikationsproblemen nicht als Interferometer verbunden werden können, wo es einfach keinen Mehrwert gibt (ein Interferometer mit halber Größe und doppelter Zeitbasis). mehr sehen) oder wenn die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls aus irgendeinem Grund den Wert der Daten übersteigt, die in der Zwischenzeit zwischen den Ausfällen gewonnen wurden. Die genaue Ursache der Grenze ist irrelevant, obwohl es gut zu sehen wäre, wenn es dazu veröffentlichte Wissenschaft gibt.

Wir können auch sagen, dass es eine obere Frequenz gibt, jenseits derer Interferometrie mit keiner bekannten Wissenschaft unmöglich ist. Der Grund spielt keine Rolle, nur die Bindung, obwohl die Wissenschaft wieder gut zu sehen wäre, wenn sie veröffentlicht würde.

Ich bin mir nicht sicher, ob beides stimmt.

Wenn es eine Funktion gibt, die die maximale Größe mit der maximalen Frequenz verknüpft, wäre das wunderbar, da Sie dann die gesamte Bandbreite der Möglichkeiten darstellen können.

Ich habe noch keinen gesehen, aber ich werde es versuchen.

• Angenommen, Ihr Kommunikationskanal (mit einem gewissen Sicherheitsfaktor) kann zuverlässig 'n' Bits pro Sekunde kommunizieren.
• Angenommen, Ihr CCD hat eine feste Anzahl von 'p' Zellen/Pixeln, die 'f'-Filtern bei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt werden, und dass die Gesamtgröße in Bits jedes Frames 'P' = fp ist
• Unter der Annahme, dass jeder Beobachterknoten 'i' zeitgestempelte Beobachtungen pro Sekunde aufnehmen kann (synchron mit den anderen Knoten), ist die Gesamtübertragungsgröße (in Bits pro Sekunde) jedes Beobachterknotens 'I' = Pi = fpi
• Gegeben ist 'N' die maximale Anzahl von Knoten
• Angenommen, die Verarbeitungszeit spielt keine Rolle und die Kommunikationspipeline ist die primäre Einschränkung

Damit das Ding funktioniert, muss es wahr sein, dass n >= I N ist. Sie können n = IN setzen und nach den gewünschten Variablen auflösen.

Ansonsten, wie groß könnte ein Teleskop über einen wie großen Frequenzbereich über wie viele Bänder sein? Müssen Sie eine originelle Ringwelt (getrennte Plattformen in einem Ring) erstellen, um dies zu bauen, oder können Sie den Asteroidengürtel mit minimalen Auswirkungen nutzen?

Der Asteroidengürtel scheint (für mich) ein unsicherer Ort zu sein, um Beobachtungsstationen zu platzieren. Ich würde denken, Sie könnten Ihre Knoten einfach in Umlaufbahnen in dem platzieren, was wir normalerweise als leeren Raum betrachten. Ihre Wahl natürlich.

Verzeihen Sie mir, wenn ich einige Dinge vermisse, aber das, wonach Sie in diesem Beitrag suchen, scheint nicht so herausfordernd zu sein. Ich werde eine Lösung mit Technologie der nahen Zukunft vorschlagen.

Zusammenfassung

• Verwenden Sie zwei große Asteroiden im Gürtel an Orten, an denen es unwahrscheinlich ist, dass sie von Weltraumschrott getroffen werden.
• Sie können eine Raumstation aufgrund von Vibrationsproblemen nicht verwenden, Sie müssen sie in einen Asteroiden mit einer ernsthaften Masse einbauen.
• Verwenden Sie das Interferometer nicht für Objekte in der Ebene des Sonnensystems, sondern für Objekte, die näher an der Rotationsachse des Sonnensystems liegen.
• Verwenden Sie mehrere Teleskope/Blenden, um das gewünschte Spektrum zu erhalten
• Koordinieren Sie die Bildaufnahme mit einer Konstellation von Navigationssatelliten
• Informationen später aggregieren und nachbearbeiten

Quellen

• Über die Umlaufbahn und Größenverteilung des Asteroidengürtels. Gladman, B., et al., 2009.

• Die Anwendung der Interferometrie auf die optische astronomische Bildgebung. Baldwin, J. und Haniff, C., 2002

• Integrierte Optik für astronomische Interferometrie, Teil I. Malbert, F. et al., 1999

• Integrierte Optik für die astronomische Interferometrie, Teil II. Berger, J. et al., 1999

• Integrierte Optik für die astronomische Interferometrie, Teil IV. Berger, J. et al., 2001

• Integrierte Optik für die astronomische Interferometrie, Teil VI. LeBouquin, J. et al., 2005

• Astronomische Interferometrie auf dem Mond. Burke, B., 1985

Methode

Seitenwahl

Der Asteroidengürtel ist relativ spärlich. Schätzungen über die Anzahl der Asteroiden über 1 km reichen von 1 bis 2 Millionen . Gladman, 2009, stellt fest, dass die Potenzgesetz-Skalierung von Asteroiden mit einer Größe in diesem Bereich -2,5 beträgt; so ist die Anzahl der Asteroiden$N \propto r^{-2.5}$; dies würde unsere 100-m-Asteroidenschätzung auf 300-600 Millionen bringen.

Der innere Teil des Asteroidengürtels ist zwischen etwa 2,2 und 3,3 AE von der Sonne entfernt, bei einer Neigung von bis zu 20 Grad. Dies entspricht einem Torus mit einem Hauptradius von 2,75 AU und einem Nebenradius von 0,55 AU. Dies ergibt ein Volumen von etwa 16 Kubik-AE, bzw$5.5\times10^{25}$km$^3$.

Bei angenommenen 500 Millionen Asteroiden von 100 m oder mehr ergibt dies eine Dichte von$9.1\times10^-18$km$^{-3}$; oder, unter der Annahme einer zufälligen Verteilung, eine durchschnittliche Entfernung zwischen Objekten von 500.000 km; mehr als die Entfernung von der Erde zum Mond.

Bei Objekten über 100 m Durchmesser ist die Dichte so gering wie die Dichte von mondgroßen Objekten in Erdnähe. Da für die Erde keine große Gefahr besteht, vom Mond getroffen zu werden, besteht für unser Interferometer keine besondere Gefahr, von einem anderen Asteroiden getroffen oder anderweitig beeinträchtigt zu werden. Bei Objekten mit einem Durchmesser von weniger als 100 m nähern sich diese der Größe von Objekten, die wir im Weltraum bewegen. Wenn wir in der Lage sind, eine große Teleskopinstallation zum Asteroidengürtel zu bringen, sollten wir in der Lage sein, einen Asteroiden dieser Größe abzulenken.

Schwingungsmanagement

Eine Raumstation hat aufgrund von Vibrationen nicht die erforderliche optische Auflösung. Ich teile in diesem Beitrag einige Vibrationsinformationen von ISS . Die Art der Vibrationsstabilität, die benötigt wird, um eine Millibogensekunde mit einem 100-m-Basislinienempfänger aufzulösen, beträgt etwa 0,5$\mu$m; die ISS vibriert mit einer Amplitude von etwa 4 mm.

Wie können wir eine ausreichend stabile Plattform bekommen? Nun, die Erde ist offensichtlich stabil genug für riesige Interferometer wie LIGO. Die Asteroiden, die wir auswählen müssen, haben eine mittlere Stabilität, da sie zwischen der Größe der Erde und der ISS liegen. Ich konnte keine vernünftigen Informationen oder Berechnungen bezüglich der Stabilität einer auf oder in einem Asteroiden gebauten Plattform finden, aber wir gehen davon aus, dass ein Asteroid mit den richtigen Eigenschaften einer stabilen Plattform ausgewählt werden muss. Ich würde mir vorstellen, dass wir, wenn möglich, einen Asteroiden mit einem Durchmesser von 1 km oder mehr wählen würden. Je größer, desto stabiler.

Ausrichtung des Interferometers

Wenn Sie zwei Punkte auf gegenüberliegenden Seiten des Asteroidengürtels haben, ist es sinnvoll, dass Sie die Objekte, die in der Ebene des Sonnensystems liegen, nicht auflösen können. Es wird zu viele Störungen durch andere Asteroiden oder die Sonne oder was auch immer geben.

Die Lösung besteht einfach darin, Ihre Beobachtungen auf die eine oder andere Hemisphäre zu beschränken. Beispielsweise können Sie Ihre Teleskope auf einer Seite der Asteroiden bauen, sodass fast die gesamte nördliche Himmelshalbkugel (ungefähr die gleiche nördliche Halbkugel, die wir von der Erde aus sehen würden) jederzeit für beide Teleskope sichtbar ist. Da sich die meiste Masse des Sonnensystems in der Ebene befindet (ok, das meiste befindet sich in der Sonne, aber der Rest befindet sich in der Ebene), sollte Ihnen wenig im Weg stehen. Im Hauptgürtel gibt es viele Asteroiden mit starker Umlaufbahnneigung, also müssten Sie dies in der Phase der Standortauswahl berücksichtigen und vielleicht einige Anstrengungen unternehmen, um einige von ihnen aus dem Weg zu räumen.

Nun wird ein Schlüssel zur Stabilisierung darin bestehen, den Asteroiden zu drehen. Dies wird einige Zeit und viel Treibstoff in Anspruch nehmen, aber indem Sie beide Asteroiden langsam mit genau der gleichen Geschwindigkeit drehen, verbessern Sie die Stabilität Ihrer optischen Plattform und sorgen für eine konstante Bewegung für jedes Teleskop relativ zum anderen. Auch dies dient dazu, Ihr Sichtfeld etwas auf die eine oder andere Hemisphäre einzuschränken.

Schließlich könnten Sie, wenn Sie genug Geld haben, auf beiden Seiten der Asteroiden separate Teleskope montieren, sodass Sie mit separaten Instrumenten gleichzeitig die nördliche und die südliche Hemisphäre betrachten können. Es gibt zwei Enden der Rotationsachse, sodass Sie beide Seiten gleichzeitig betrachten können.

Mehrere Teleskope

Wenn Sie nicht-triviale Frequenzen mit einem nicht-trivialen Band wollen, warum verwenden Sie nicht eine nicht-triviale Anzahl von Teleskopen? Da wir uns auf einem Asteroiden mit einem Radius von mindestens 1 km und vorzugsweise mehr niederlassen, sollte Platz für eine Vielzahl von Instrumenten vorhanden sein.

Das Hubble-Teleskop hat mehrere Instrumente, aber nur einen Spiegel. Ohne auf die Frequenzen einzugehen, an denen Sie interessiert sind, halte ich es für plausibel, zwei Instrumentensätze zu haben, einen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich und einen im UV- und / oder Röntgenbereich, jeweils mit ihren eigenen eigenen optischen Spiegel zur Fokussierung auf eine Vielzahl spezialisierter Instrumente.

Position und Zeitmessung

Die Lösung für Ihre Probleme beim Kombinieren der Bilder, die so weit voneinander entfernt sind, besteht darin, hochpräzise Stations- und Zeitmessgeräte zu verwenden. Zu diesem Zweck wird eine Flotte von Satelliten ähnlich dem GPS-System der Erde ausreichen.

Beispielsweise könnte ein Satellit in zwei Umlaufbahnen aufgestellt werden, eine innerhalb und eine außerhalb des Asteroidengürtels. Sie benötigen genügend Satelliten, damit mindestens zwei in jeder Umlaufbahn jederzeit für jedes Teleskop-Observatorium sichtbar sind. Ich glaube, dass Sie nur drei in jeder Umlaufbahn brauchen, aber möglicherweise vier.

Wenn Sie diese Satelliten wie GPS verwenden und vier Signale gleichzeitig empfangen, können Sie Ihre Position im Vierraum (x, y, z, t) genau berechnen. Die Funktionsprinzipien sind die gleichen wie bei GPS-Satelliten . Diese Satelliten verwenden bereits Atomuhren und Relativitätsanpassungen für die Genauigkeit, sodass sie die Standort-, Richtungs- und Zeitmessungs-Metadaten liefern, die jedes von Ihren Teleskopen aufgenommene Bild begleiten.

Nachbearbeitung

Bei ausreichend genauer 4-D-Orientierung in der Raumzeit wird es relativ trivial, die Bilder zu einem späteren Zeitpunkt zu kombinieren. Die Bilder und ihre Metadaten können alle zur Nachbearbeitung auf die Erde zurückgestrahlt werden (so wie es unsere Weltraumsonden wie New Horizons jetzt tun).

Schlussfolgerungen

Der einzige Teil davon, der nicht innerhalb unserer derzeitigen technologischen Möglichkeiten liegt, ist der schwere Auftrieb, 100 m optische, IR- oder Röntgenspiegel 3 AE entfernt zu einem geeigneten Asteroiden zu schleppen.

Die „Bild“-Kombinationstechnologie unterscheidet sich nicht wesentlich von dem, was LIGO für seine Detektoren mit unterschiedlichen Abständen verwendet (Washington State und Louisiana); Der einzige Unterschied, den unsere Orientierungssatelliten von GPS-Satelliten benötigen, ist mehr Leistung, um ihre Signale über AU-Entfernungen zu übertragen. Und die Teleskope in den Bändern, an denen Sie interessiert sind, müssen nicht leistungsstärker sein als die besten, die wir auf der Erde haben (obwohl sie in einem Vakuum arbeiten müssen, nehme ich an).