Kürzlich habe ich noch eine weitere Nachricht über E-ELT gelesen . Es wird einen segmentierten Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 39,3 Metern haben. Und mich interessierte die nächste Frage: Welche Größe des Hauptspiegels (einfach/mehrfach/segmentiert) kann theoretisch ein Teleskop auf der Erde haben, um bei optischen Wellenlängen zu beobachten? Und warum? Ich meine, welche körperlichen Einschränkungen gibt es?
Und die gleiche Frage zum Weltraum (nicht auf der Erde)?
Aktualisieren:
Um diese Frage beantwortbar zu machen, nehmen wir auf Anraten von @TildalWave einige Anpassungen vor:
Ich weiß das, es gibt ein OWL -Konzept mit einem segmentierten Hauptspiegel mit 100 Metern Durchmesser.
Aber was ist mit 500 Meter Durchmesser oder 1000? Ist es theoretisch möglich?
Es ist kompliziert.
Bis Ende des 20. Jahrhunderts haben wir versucht, immer größere monolithische Teleskope herzustellen. Das funktionierte bis zum 5-Meter-Parabolspiegel am Mount Palomar in Kalifornien in den 1940er Jahren ganz gut. Für den 6-Meter-Spiegel über den Kaukasus in Russland in den 1970er Jahren funktionierte es irgendwie, aber nur knapp. Es hat funktioniert, aber das war eine große Leistung für die 8,4-Meter-Zwillingsspiegel für das LBT in Arizona in den 2000er Jahren.
Wir haben schließlich gelernt, dass der richtige Weg nicht darin besteht, immer größere Platten aus Glas mit geringer Ausdehnung zu gießen. Es ist allgemein anerkannt, dass ein Durchmesser von knapp unter 10 Metern für monolithische Spiegel ungefähr so groß wie möglich ist.
Der Weg zu gehen ist, kleinere Spiegelsegmente (jeweils 1 Meter bis einige Meter Durchmesser) zu machen und diese zu einem gekachelten Spiegel zu kombinieren. Es ist etwas schwieriger, die asymmetrische parabolische (oder hyperbolische oder elliptische oder sphärische) reflektierende gekrümmte Oberfläche in einem solchen Segment zu schnitzen, aber es ist viel einfacher, thermische und Kühlungsprobleme zu bewältigen, wenn Sie mit kleineren festen Objekten umgehen müssen.
Jedes Segment ist in einer aktiven Spiegelzelle montiert, deren Position durch Piezoaktoren sehr präzise gesteuert wird. Alle Segmente müssen sich zu einer einzigen glatten Oberfläche mit einer Genauigkeit von besser als 100 Mikron (viel besser als in Wirklichkeit) verbinden. Jetzt haben Sie also eine große Auswahl an massiven Objekten, die dynamisch über Computer gesteuert werden, jedes mit seinen eigenen Vibrationsmodi, jedes mit seiner eigenen Quelle für mechanisches Rauschen, jedes mit seinen eigenen thermischen Ausdehnungsbewegungen, die alle auf und ab "tanzen". wenige Mikrometer auf Piezoelementen.
Ist es möglich, ein sehr großes System so zu orchestrieren? Ja. Die 100 Meter OWL galten als technisch machbar. Aus der Perspektive, die Spiegel ausgerichtet zu halten, sollte eine noch größere Struktur machbar sein; Die computergesteuerten Aktuatoren sollten die meisten Vibrationen und Verschiebungen bis zu recht großen Entfernungen überwinden.
Wie Sie sagten, sind die wirklichen Grenzen finanzieller Natur. Die Komplexität eines solchen Systems nimmt mit dem Quadrat des Durchmessers zu, und mit der Komplexität kommen Kosten.
Die gesamte obige Diskussion betraf Teleskope mit "gefüllter Apertur": Bei einer runden Form mit einem bestimmten Durchmesser ist es mit Spiegelsegmenten gefüllt. Bei einer bestimmten Öffnung fängt dieses Design die größte Lichtmenge ein.
Die Öffnung muss aber nicht gefüllt werden. Es kann meistens leer sein. Sie könnten ein paar reflektierende Segmente an der Peripherie haben, und die Mitte wäre größtenteils leer. Sie hätten das gleiche Auflösungsvermögen (Sie würden die gleichen kleinen Details sehen), es ist nur so, dass die Helligkeit des Bildes abnehmen würde, weil Sie insgesamt weniger Licht aufnehmen.
Das ist das Prinzip des Interferometers. Die zwei segmentierten 10-Meter-Keck-Spiegel in Hawaii können als Interferometer mit einer Basislinie von 85 Metern arbeiten. Dies entspricht effektiv einer einzelnen 85-Meter-Blende in Bezug auf das Auflösungsvermögen, aber offensichtlich nicht in Bezug auf die Bildhelligkeit (eingefangene Lichtmenge).
Die US Navy hat ein Interferometer in Arizona mit Spiegeln, die an 3 Y-förmigen Armen angebracht sind, wobei jeder Arm 250 Meter lang ist. Das gibt dem Instrument eine Basislinie (äquivalente Öffnung) von mehreren hundert Metern.
U of Sydney verfügt über ein 640 Meter langes Basisinterferometer in der australischen Wüste.
Interferometer können nicht verwendet werden, um sehr schwache Objekte zu untersuchen, da sie nicht genug Licht einfangen können. Aber sie können sehr hochauflösende Daten von hellen Objekten erzeugen – zB werden sie verwendet, um den Durchmesser von Sternen wie Beteigeuze zu messen.
Die Grundlinie eines Interferometers kann extrem groß gemacht werden. Für terrestrische Instrumente ist eine kilometerweite Basislinie jetzt sehr gut machbar. Größer wird in Zukunft machbar sein.
Es gibt Gespräche über den Bau von Interferometern im Weltraum, im Orbit um die Erde oder noch größer. Das würde zumindest eine Basislinie in Tausenden von Kilometern liefern. Das ist derzeit nicht machbar, scheint aber in Zukunft machbar.
BenutzerLTK
Igor Tyulkanov