Warum werden Wellenlängen kürzer als sichtbares Licht von neuen Teleskopen vernachlässigt?

Das folgende Diagramm, das ich aus diesem Beitrag von @HDE226868 gestohlen habe, zeigt, dass die Winkelauflösung als Funktion der Wellenlänge plötzlich um drei Größenordnungen von sichtbarem zu UV-Licht abfällt. Die Auflösung von Wellenlängen, die kürzer sind als das, was das Very Large Telescope Interferometer oder das European Extremely Large Telescope im nahen UV erkennen, wird plötzlich auf den Faktor Tausend reduziert.

Dies liegt offensichtlich an den Eigenschaften der Erdatmosphäre. Aber große Weltraumteleskope wie JWST und WFIRST werden die Lücke im fernen Infrarot füllen. Warum sind keine so ambitionierten Weltraumteleskope für UV und kürzere Wellenlängen geplant? (Oder ist die plötzliche Unterbrechung in diesem Diagramm irreführend?)

Liegt es daran, dass es selbst von Weltraumobservatorien aus schwieriger ist, oder liegt es daran, dass die Winkelauflösung von UV und kürzeren Wellenlängen von geringerem wissenschaftlichen Wert sind?

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Antworten (2)

Es gibt einige technologische Probleme, die gelöst werden müssen, wenn man ein großes Teleskop in den Weltraum bringt – und für UV-Wellenlängen ist ein Weltraumteleskop erforderlich. Aufgrund von Problemen wie Kühlung, Spiegelbeschichtungen und dergleichen ist es nicht möglich, ein solches Instrument so zu optimieren, dass es sowohl bei UV- als auch bei IR-Wellenlängen arbeitet. Die einfache Winkelauflösungsgrenze eines Teleskops geht λ / D Auf den ersten Blick kann ein UV-Teleskop kleiner sein, um eine gleichwertige Auflösung wie ein optisches Teleskop zu erhalten. Sie müssen jedoch auch eine Optik haben, die bis zu einem kleinen Bruchteil einer Wellenlänge gut ist, also viel besser als das sichtbare / IR. Bei noch kürzeren Wellenlängen funktioniert herkömmliche "Optik" nicht, da Photonen absorbiert werden und Sie zu den Technologien für streifenden Einfall von Röntgenteleskopen wechseln, was ein ganz anderes Spiel ist und viel schwieriger, eine bestimmte Winkelauflösung zu erreichen.

Angesichts all dessen würde ich vermuten, dass bereits in den 80er/90er Jahren eine Entscheidung über den Wellenlängenbereich getroffen wurde, der vom Nachfolger von HST abgedeckt werden soll (dh JWST mit einem Preis von etwa 10 Milliarden USD). Der wahre Grund, dass kein großer UV-Nachfolger vorhanden ist zu HST oder IUE jetzt einsatzbereit ist, ist einfach, dass davon ausgegangen wird, dass die wichtigsten wissenschaftlichen Prioritäten bei nahen und mittleren IR-Wellenlängen erreichbar sind. Diese sind: Beobachtung des Universums mit hoher Rotverschiebung (im Wesentlichen wird kein UV-Licht von Galaxien jenseits einer Rotverschiebung von 3 nachgewiesen), Beobachtung der Stern- und Planetenentstehung (hauptsächlich in staubigen Umgebungen, wo UV-Licht nicht austreten kann und protoplanetare Scheiben hauptsächlich bei IR-Wellenlängen emittieren) und Tun Exoplanetenwissenschaft (Planeten sind kühler als Sterne und emittieren hauptsächlich im IR).

Daher glaube ich nicht, dass ein großes UV-Teleskop (zumindest das Äquivalent von JWST) technologische Showstopper hat, es kommt nur auf wissenschaftliche Prioritäten an.

Interferometrie ist bei kürzeren Wellenlängen schwieriger, insbesondere im Weltraum, ist das ein Faktor? Und gibt es eine Interferometrie-Grenze, die durch die technologische Entwicklung in Richtung UV verschoben wird?
@LocalFluff Es gibt einige kleine optische Interferometer, aber nichts bei UV-Wellenlängen. Ja, bei kürzeren Wellenlängen wird es viel schwieriger, weil das messtechnische Problem viel schwieriger wird.

Sie haben Recht damit, dass der scharfe Abfall einfach darauf zurückzuführen ist, dass nur sehr wenige große Teleskope im UV-Bereich arbeiten, während im Infrarotbereich eine beträchtliche Anzahl geplant ist. Wie ich in meiner Antwort erwähnt habe, auf die Sie verlinkt haben, werden CHARA und das EELT , zwei der am besten geplanten Infrarot-/sichtbaren Projekte, neue adaptive Optiktechnologien verwenden, wodurch sie früheren Teleskopen weit überlegen sind – obwohl sie bodengebunden sind.

Offensichtlich können UV-Teleskope nicht bodengebunden sein, da die Erdatmosphäre eine beträchtliche Menge an UV-Strahlung blockiert. Daher wird jede wesentliche Verbesserung der UV-Astronomie eine neue weltraumgestützte Mission erfordern. Das Problem besteht darin, dass Schätzungen für sogar bescheidene Erhöhungen viel größere Spiegel erfordern. Befürworter der Vorschläge des Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope (ATLAST) sagen, dass mindestens ein 8-Meter-Teleskop erforderlich ist, um gute Ergebnisse bei 0,11- bis 2,5- μ m Wellenlängen. Das ist viel größer als HST oder JWST – und ATLAST könnte auf 16 Meter wachsen!

Wenn ATLAST oder ein ähnliches Projekt verfolgt wird, könnte die Winkelauflösung bei UV-Wellenlängen in der Größenordnung von 0,1 Bogensekunden oder hoffentlich darunter liegen. Das würde passen und dann Hubble schlagen. Aber frühe Schätzungen beziffern die Kosten auf 4,5 Milliarden Dollar für die 8-m-Version, und Hubble und andere weltraumgestützte Teleskope wurden bekanntermaßen durch unvorhergesehene Kostensteigerungen geschädigt. Möglicherweise sind kleinere Schritte erforderlich, bevor wir 8 Meter erreichen können, und sicherlich, bevor wir auch nur annähernd 16 erreichen können. Das wird eine Weile dauern, wahrscheinlich ein Jahrzehnt oder länger.

Verweise

Aber ein IR-Teleskop braucht eine umständliche Superkühlung, um etwas anderes als sich selbst zu beobachten. Ich nehme an, ein UV-Teleskop würde das nicht so viel brauchen. Die bisherigen Kurzwellen-Weltraumteleskope hatten eher kleine Aperturen. Chandra ist ungefähr einen Meter groß, richtig? Würde ein UV-Teleskop in Hubble-Größe nicht funktionieren? (Und ich finde es erstaunlich, dass die Herstellung von EINEM DING 4,5 Milliarden Dollar kosten könnte. Es ist wie in einer Saga darüber, was die Kobolde in ihren Höhlen vom Kaiser verlangen, um seine dem Teufel gestohlene Krone aus Gold und Diamanten herzustellen. " Spiegel, Spiegel im Himmel, sagt uns, was die Dunkelheit verbirgt!")
@LocalFluff Das ist nicht mehr so ​​​​der Fall - besonders im Orbit mit einem guten Sonnenschutz. Und sowohl der Aufbau als auch die Ausrichtung der Optik eines UV-Oszilloskops ist sehr schwierig, einfach weil die Wellenlänge 2- bis 5-mal kürzer ist als im nahen IR und die Oberflächen bis zu einem Bruchteil von Lambda glatt sein müssen.
@LocalFluff So ziemlich das, was Carl gesagt hat.
Warum werden Wellenlängen kürzer als sichtbares Licht von neuen Teleskopen vernachlässigt?
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