Wie groß können wir ein Teleskop machen?

Ich habe in früheren Beiträgen erwähnt, dass es viel billiger sein wird, riesige weltraumgestützte Observatoriumsinstrumente zu bauen, als auch nur annähernd eine interstellare Expedition zu starten.

Es gibt mehrere Gütezahlen, einschließlich der gesamten Lichtsammelfläche und der Trennung von Lichtsammelpunkten.

Stellen Sie sich eine Nanotechnologie vor, die ein Modul aus Material im Asteroidengürtel "züchtet" und es dann über den Staub des inneren Sonnensystems hinaus versendet. Die Technologie kann die sichtbaren und infraroten Lichtwellenformen in ausreichender Auflösung aufzeichnen, um sie von verschiedenen Modulen zu kombinieren und ein Bild von einem Spiegel in der Größe der Trennung zu synthetisieren. (Diese Art der Aufzeichnung verzögerter Synthese ist seit langem eine Sache der Radiofrequenzbeobachtung.)

Wie kleine Details auf Exoplaneten konnten gesehen werden? Gibt es eine abnehmende Rendite, wenn die verteilten Module immer größer werden, oder kann die Auflösung unbegrenzt steigen?

Spielt die Lichtsammelkapazität auch eine Rolle? Welche Größenordnung passt zur Vergrößerung? Aus der Hand erwarte ich, dass das Ziel so hell wie Tageslicht beleuchtet wird, nur sehr klein; ändert sich das gesammelte Gesamtlicht mit der scheinbaren Zielgröße?

Heute wird ein Sternenschild benötigt, um zu verhindern, dass ein Planet von einem nahen Stern ausgewaschen wird. Würde ein ausreichend enges Sichtfeld dies einfach unnötig machen, oder gibt es einige optische Effekte im Zusammenhang mit der absoluten Trennung der Ziele?

Zusammenfassung

  1. Wie kleine Details auf Exoplaneten konnten gesehen werden? Mathematik: Trennung zwischen Modulen, individuelle Modulgröße und Auflösungsvermögen; Auflösungsvermögen zu Exoplanetenentfernung und Bodenmerkmalsgröße.
  2. Gibt es eine abnehmende Rendite, wenn die verteilten Module immer größer werden, oder kann die Auflösung unbegrenzt steigen?
  3. Welche Beziehung besteht zwischen der Lichtsammelfähigkeit, der Helligkeit des Bildes und der Größe des abgebildeten Objekts?
  4. Verwendung mit Sternschild?
Wir verwenden große Objekte wie Galaxienhaufen, um entfernte Objekte detaillierter zu betrachten. Diese Linsen könnten jedoch etwas Polieren vertragen.
Was soll dieser „Staub des inneren Sonnensystems“ sein?
@karl en.wikipedia.org/wiki/Zodiacal_light Ich erinnere mich, dass Staub die Infrarotsichtbarkeit innerhalb der Umlaufbahn oder des Jupiter ungefähr beeinflusst.
Interessiert sich hier niemand für das Kopfgeld?
Ich lade @SilverCookies Beitrag zu einem Kommentar ein, um die Links, die er beigesteuert hat, zu erhalten (in einem Beitrag, der nicht wissenschaftlich fundiert ist und die wichtigen Informationen aus dem Link nicht zusammenfasst: „…Ich habe von einem Typen gehört, der ein Hyperteleskop bauen möchte . Im Grunde ein sehr großes astronomisches Interferometer mit einer Spannweite von Hunderten von Kilometern. Sie sagen, es könnte Bereiche von der Größe des Amazonas auf Exoplaneten auflösen! »
Es gibt tatsächlich viele mögliche Antworten (die Verwendung von Gravitationslinsen als Teil Ihres Arrays würde beispielsweise einen großen Unterschied machen), aber der größte praktische Spiegel, für den ich Zahlen habe, ist einer von der Größe der Umlaufbahn des Mondes, der Objekte von 10 auflösen könnte von Kilometer groß ab 454 Parsec: nextbigfuture.com/2016/02/…

Antworten (2)

Da sind ein paar verschiedene Fragen drin, und ich werde mich mit einigen von ihnen beschäftigen.

Erstens scheinen Sie mit der Apertursynthese allgemein vertraut zu sein , wie Sie es in einer Ihrer Fragen implizieren. Das bedeutet im Grunde, wenn Sie eine Reihe vergleichsweise kleiner Datenquellen (Teleskope) haben, können Sie sie zu einem Bild zusammenführen, als ob Sie auf dem Teleskop den Durchmesser der Entfernung zwischen zwei beliebigen von ihnen hätten.

Dadurch erhalten Sie eine viel bessere Winkelauflösung, als Sie vielleicht erwarten. Leider scheinen Sie mit dem Aspekt der abnehmenden Renditen Recht zu haben. Schauen Sie sich diese an , die den Gesamtdurchmesser eines Teleskops gegen seine Winkelauflösung für bestimmte Lichtwellenlängen grafisch darstellt. Es ist logarithmisch und geht nur bis 10.000 km. Im astronomischen Maßstab entspricht das ungefähr der Größe der Erde.

Dies führt zu einem ziemlichen Problem. Menschen tun so etwas bereits , indem sie sich die jährliche Reise der Erde um die Sonne zunutze machen. Durch Messungen im Abstand von sechs Monaten (von überall auf der Erde) erhalten Sie eine effektive Schüsselgröße von etwa 300 Millionen Kilometern. Und wie sich herausstellt, hat der nächste Stern bei einer so großen Schüssel immer noch nur einen Durchmesser von 0,772 Bogensekunden. Glücklicherweise scheint dies in einem vernünftigen Bereich zu liegen (d. h. erscheint auf) mindestens einer Achse des Diagramms, das ich zuvor verlinkt habe.

Meine Schlussfolgerung ist, dass ich hier entweder etwas falsch verstehe 1 , oder Sie sollten in der Lage sein, ein vernünftiges Bild (bei einer Lichtwellenlänge) zu bekommen, indem Sie eine Satellitenwolke zwischen Erde und Mars erzeugen. Wenn Sie es größer bauen müssen, sollte das eigentlich helfen.

Als Randbemerkung, als ich anfing, diese Frage zu untersuchen, erwartete ich, ein Teleskop von der Größe des Sonnensystems oder größer zu benötigen, was bedeutet, dass die Grenze der Größe des Teleskops tatsächlich darin besteht, wie lange Sie den Satelliten mit Strom versorgen können (schreien Sie zu die Voyager!), bevor sie Ihnen keine Daten mehr zurückgeben. Da war ich angenehm enttäuscht.

1 Etwas Mathematik würde hier zur Überprüfung wirklich helfen.

Zwischen Erde und Mars hat den Nachteil, dass es sich im staubgefüllten inneren Sonnensystem befindet. Wenn Sie weiter nach außen gehen, erhalten Sie eine klarere Sicht, was insbesondere für IR von Vorteil ist, aber auch eine Störung der Photonen vermeidet, was empfindlichere Messungen ermöglicht. Und es gibt Ihnen natürlich einen Durchmesser von über einer Milliarde Meilen.
Sie scheinen Parallaxenmessungen mit Interferometern zu verwechseln. Derzeit führen wir Parallaxenmessungen im gesamten Sonnensystem durch. Interferometer haben eine viel höhere Auflösung, aber derzeit erfordern optische Messungen, dass die Strahlen physikalisch rekombiniert werden. Das größte optische Interferometer (Navy Precision Optical Interferometer) hat einen Durchmesser von etwa 250 Metern und eine Abbildungsauflösung von etwa 3 mas (Millibogensekunden). Sobald wir Strahlen auf der Skala des Sonnensystems rekombinieren können ... nun, es wird erstaunlich sein.
Damit die Interferometrie funktioniert, muss man in der Lage sein, Signale von mehreren Stationen gleichzeitig zu empfangen und sie mit einer Zeitgenauigkeit zu rekombinieren, die kleiner ist als die Periode der empfangenen Lichtwellen. In der Praxis bedeutet dies entweder die physische Rekombination der Signale oder die Betrachtung niederfrequenter Wellen (damit Sie die Spitzen und Täler des Signals aufzeichnen können). Das Event Horizon Telescope verwendet den letzteren Ansatz im Mikrowellenband und ist dafür ausgelegt Erhalten Sie ein Bild des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße.
@MichaelSeifert -- Very-Long-Baseline-Interferometrie (VLBI) beinhaltet die Aufzeichnung einzelner Beobachtungen an jedem Teleskop (mit kritisch sehr genauen Atomuhr-Zeitstempeln) und das spätere Senden der Daten (z. B. auf Bändern) an eine zentrale Einrichtung zur Verarbeitung und Analyse. Sie müssen also nicht "gleichzeitig Signale von mehreren Stationen empfangen".

Es wird mir warm ums Herz, jemanden zu finden, der erkannt hat, dass weltraumgestützte Observatorien viel, viel billiger sind als interstellare Expeditionen. Sie würden dieselben oder möglicherweise mehr Informationen sammeln als unsere erste Generation interstellarer Sonden. Vielleicht sind hypertechnologische Teleskope eine Lösung für das Fermi-Paradoxon. Aliens besuchen uns nicht oder wandern durch die Galaxie auf und ab, weil ihre Teleskope all diese Arbeit für sie erledigen.

Aperture-Synthese ist definitiv ein möglicher Weg. Sowohl optische als auch Radioteleskope können die Größe auf wahrhaft heroische Größen steigern. Es gibt jedoch ein alternatives astronomisches Observatorium, das eine Fülle von Informationen über einen Großteil der Galaxie liefern wird. Im Wesentlichen nutzt es die von der Sonne gebildete Gravitationslinse aus, die sich außerhalb des Sonnensystems befindet. Die vorgeschlagene FOCAL-Mission benötigt keine neue Technologie. Obwohl es wegen der extrem langen Missionszeit weit über die Weltraumtechnologie hinausgeht. Die Gravitationslinse der Sonne ist etwa 550 AE entfernt. Das ist eine coole Entfernung von 82.500.000.000. Weitere Informationen finden Sie unter den folgenden Links.

http://www.centauri-dreams.org/?p=785

https://en.wikipedia.org/wiki/FOCAL_(Raumschiff)

http://www.newyorker.com/tech/elements/the-seventy-billion-mile-telescope

Die FOCAL-Mission kann sowohl optische als auch Radioteleskope umfassen. Radioteleskope sind in der Lage, Informationen zu sammeln, die um Größenordnungen mehr Informationen sind als auf jedem Foto. Es ist möglich, sich einen zukünftigen Ring von FOCAL-Observatorien vorzustellen, die um das Sonnensystem gespannt sind und die Galaxie bis ins kleinste Detail untersuchen. Sie wären immer noch billiger, als nur ein relativistisches Raumschiff zu schicken.

Das Problem dabei ist Ihre Station zum Beobachten eines Ziels, und Sie haben eine laaange Möglichkeit, sie zu bewegen, um etwas anderes zu betrachten.
Löst nicht die Version des Fermi-Paradoxons, bei der exponentielles Bevölkerungswachstum die Ressourcen eines Sonnensystems verbraucht und ein kleines Raumschiff zum nächsten geschickt wird. Wiederholen Sie dies und die Galaxie könnte voller Menschen sein, wenn Generationsschiffe 10 von Menschen befördern, von denen 1 von einem nahe gelegenen zu jedem Sternensystem geschickt wird.
@JDlugosz Interessanter Punkt. Erstens könnten Observatorien vom Typ FOCAL die Sonne umkreisen und einen Bogen von beobachteten Regionen nachzeichnen. Zweitens, deshalb habe ich einen Ring von FOCAL vorgeschlagen. Drei, ein langer Weg, ja, aber nicht im Vergleich zu einer interstellaren Reise. Nichts ist perfekt.
@Donald Hobson. Sicherlich. Es beantwortet auch nicht ein Dutzend und andere Versionen des Fermi-Paradoxons, einschließlich FTL-Reisen. Es ist nur ein weiterer plausibler Vorschlag für griffbereite Aliens. Ich gehe davon aus, dass Zivilisationen mit exponentiellem Wachstum in ihren Heimatsystemen aussterben werden. Sie werden nicht in der Lage sein, die Ressourcen für den Sternenflug zu entbehren. Generationsschiffe mit 10 Menschen sind biologisch nicht lebensfähig; 100er bis 1000er werden benötigt, dann ist es machbar. Die Ressourcenkosten bleiben sehr hoch. Ich bin für den Weltraum, aber ich weiß, dass es nicht einfach sein wird.
@a4android, meine eigene Worldbuilding-Idee umgeht dieses Machbarkeitsproblem, und die zentrale Handlung besteht darin, sie dazu anzuregen, so schnell wie möglich den Sprung zu wagen und die technologische Entwicklung voranzutreiben.
@JDługosz Das sollte Worldbuilding tun, Machbarkeitsprobleme umgehen und die Handlung vorantreiben, indem die Ereignisse in die richtige Richtung gelenkt werden.
Der Geist vergangener Kommentare kommt zurück, um mich heimzusuchen. Habe ich wirklich "sichere Aliens" geschrieben? Was dachte mein Gehirn? Als ich schreiben wollte: „Bleib-zu-Hause-Aliens.“ Kein Wunder, dass @DonaldHobson es ignoriert hat. Die falschen Worte machen es unsinnig. Tut mir leid, Kumpel, mein Fehler.
Wie groß können wir ein Teleskop machen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v