Warum war das (kleine) Hubble besser in der Lage, KBO-Ziele für New Horizons zu finden als große Bodenteleskope mit adaptiver Optik?

Ich vermute, es ist eine Kombination aus zwei Dingen:

1. Stabile, garantiert hochauflösende Bildgebung über das gesamte Sichtfeld, was mit bodengestützten adaptiven Optiken nicht möglich ist;

2. Sehr niedriger Hintergrund in der Optik für HST (Hubble), gegenüber einem sehr hohen Hintergrund für bodengestütztes AO im nahen Infrarot.

Die meisten adaptiven Optiksysteme sind nur in der Lage, in einem kleinen Bereich (dem „isoplanatischen Fleck“) um einen hellen „Leitstern“ (z. B. höchstens eine halbe Bogenminute im Radius) zu korrigieren; Auch bei künstlichen Laser-Leitsternen benötigt man für die sogenannte „Tip-Tilt“-Korrektur noch einen mäßig hellen Leitstern. Das bedeutet, dass Sie nur in begrenzten Teilen des Himmels Suchvorgänge mit adaptiver Optik durchführen können.

HST hingegen liefert über sein gesamtes Sichtfeld (mehrere Bogenminuten breit) jederzeit hochauflösende Bilder, unabhängig davon, wohin es gerichtet ist.

Um die Sache noch schlimmer zu machen, liegt die Flugbahn von New Horizons in der Nähe der galaktischen Ebene, sodass es viele schwache Hintergrundsterne gibt. Dies macht es schwieriger, mögliche Kuipergürtel-Objekte herauszupicken, was eine sehr genaue und stabile Point-Spread-Funktion (wie die von HST ) noch wichtiger macht.

Diese Suche wird am besten im optischen Bereich durchgeführt, um den Himmelshintergrund zu minimieren. Das Fehlen von atmosphärischem Himmelslicht (hauptsächlich Streulicht von Sonne und Mond) für HST macht es einfacher, schwache Quellen wie KBOs schnell zu erkennen. Die Tatsache, dass adaptive optische Systeme, wie Sie und Rob Jeffries anmerken, fast ausschließlich im nahen Infrarot arbeiten, wo der atmosphärische Hintergrund viel höher ist, macht es für sie noch schlimmer.

Die adaptive Optik mildert nur die Luftturbulenzen, die die Bilder verwischen – und selbst das ist nur eine teilweise Wiederherstellung.

Alle anderen Probleme bleiben bestehen. Luft absorbiert verschiedene Wellenlängen. Luft hat ein gewisses Leuchten aus verschiedenen Quellen (Lichtverschmutzung usw.), das schwache Objekte maskiert. Usw.

Es gibt keinen wirklichen Ersatz für ein großes Teleskop, das im Vakuum arbeitet.

Ich denke du hast mit deiner Frage den Nagel auf den Kopf getroffen. KBOs werden im reflektierten Sonnenlicht gesehen und sind unglaublich schwach, da die Menge des reflektierten Lichts, das die Erde erreicht, die umgekehrte vierte Potenz ihrer Entfernung von uns ist (siehe meine Antwort auf diese Frage zum Versuch, Oort-Wolkenobjekte zu sehen).

Um solche Objekte zu sehen, sind tiefe bildgebende Beobachtungen mit geringer Hintergrundkontamination erforderlich. Dieser Hintergrund wird durch Bilder mit einer extrem kleinen Punktstreufunktion (PSF) minimiert – die Art von PSF, die nur von weltraumgestützten Teleskopen oder bodengestützten Teleskopen mit adaptiver Optik erreicht werden kann.

Das Sonnenspektrum hat jedoch im sichtbaren Bereich natürlich eine starke Spitze, und bodengestützte adaptive Optiksysteme sind in diesem Wellenlängenbereich nicht effektiv (bodengestützte AO funktioniert im nahen Infrarot, aber zusätzlich zu den KBOs, die an sich schwächer sind Bei diesen Wellenlängen gibt es auch das Problem des Hintergrundrauschens, das sowohl von der Erdatmosphäre als auch vom Teleskop selbst beigetragen wird). Daher ist das Hubble-Weltraumteleskop das Instrument der Wahl.

Die Größe dieser Kuipergürtel-Objekte ist zunächst einmal unglaublich gering. Die Atmosphäre verzerrt normalerweise die Sterne und streut das Licht selbst in den klarsten Nächten. Darüber hinaus können diese näheren Objekte mit Infrarot-Erkennung gefunden werden. Die Atmosphäre absorbiert infrarote Wellenlängen extrem gut, was weltraumgestützte Beobachtungen notwendig macht. Das Hubble-Teleskop erkennt auch ultraviolettes, sichtbares und nahes Infrarot, was es zu einem idealen Teleskop für diese kleinen Kuipergürtel-Objekte macht.

Um mit der atmosphärischen Absorption fertig zu werden, werden bodengestützte Teleskope wie das Subaru-Teleskop auf Bergen gebaut, so dass weniger Atmosphäre zum Hindurchschauen und die Wahrscheinlichkeit einer Wolkendecke vorhanden sind. Das Problem bei der Suche nach KBO war jedoch, dass sie in kurzer Zeit durchgeführt werden musste, damit New Horizons mit weniger Treibstoff dorthin gelenkt werden konnte. Hubble ist dafür ideal, weil es die Objekte den ganzen Tag in der richtigen Richtung betrachten kann, während bodengestützte Teleskope dies nur nachts tun könnten, vorausgesetzt, es ist klar genug, um diese Objekte zu sehen. Normalerweise ist Hubble aufgrund seiner erstaunlichen Datenqualität den exklusivsten wissenschaftlichen Projekten und Suchen vorbehalten. New Horizons hatte bereits so viel gekostet, dass es sich lohnte, ein wenig Zeit damit zu verbringen, nach seinem nächsten Ziel zu suchen, anstatt nur nach bodengestützten Teleskopen zu suchen.

Dieser [1] Artikel legt nahe, dass einer der Vorteile von Hubble und anderen Weltraumteleskopen darin besteht, dass sie sehr lichtschwache Objekte besser abbilden können, weil sie sich nicht mit atmosphärischem Leuchten auseinandersetzen müssen. Adaptive Optiken helfen dabei nicht weiter, und eine größere Sammelfläche sammelt auch mehr Hintergrundlicht. Auch das atmosphärische Leuchten ist im Infraroten intensiver als im sichtbaren Licht.

Weitere aufgeführte Unterschiede: Bodenteleskope können aufgrund atmosphärischer Turbulenzen nicht so genaue Helligkeitsmessungen durchführen (AO hilft dabei anscheinend nicht); Bodenteleskope können aufgrund größerer Größen eine bessere Winkelauflösung haben; Bodenteleskope können größere, schwerere und bessere Spektrographen verwenden, als dies in Raumfahrzeugen praktikabel ist.

[1] Einführung in die adaptive Optik und ihre Geschichte, Claire Max, am Center for Adaptive Optics, U. Calif, 2001