为什么我们要建造更大的陆基望远镜,而不是将更大的陆基望远镜发射到太空?


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这个问题是后续问题。更大的望远镜等于更好的结果吗?

地基反射镜必须比空基反射镜大多少倍?我想我主要是在请求可见光,但我也对总体感兴趣。

我想在地面上,您可以安全地免受微陨石的侵害,因此它的使用寿命可能更长。在什么时候在月球或其他物体上建造望远镜会变得更便宜?



但是在太空中,您没有云彩遮挡视线(实际上确实可以,但是那是一大团灰尘),也没有飞机用照片轰炸您。
Leo Pan

Answers:


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这个更便宜。

(1)使用自适应光学元件,您可以在地面上获得0.1角秒的分辨率(公认的是,仅在空气流动特别良好的山顶上,但仍然如此!)。这消除了空间的主要优势之一,直到您获得超过几米的镜面直径为止。

(2)火箭整流罩是在发射期间达到超音速大气速度时保护有效载荷的罩。5米的整流罩大约是可以飞行的最大整流罩,它限制了可以发射的一体式镜子的尺寸。(可怕的韦伯望远镜的镜子是碎片,它们会在太空中组装在一起-这是一件非常可怕而且非常昂贵的设计。)

(3)在莫纳克亚山顶或智利安第斯山脉高处维修望远镜是一个困难而昂贵的过程。在轨道上维修望远镜会使这看起来像是零钱。(其成本可与在地球上建造一个新的巨型望远镜的成本相提并论。)除低地球轨道外,利用现有技术甚至无法完成在轨服务。

(4)高分辨率是天文学的一个前沿领域,而深入则是另一领域,而深入则需要镜子。与太空中的5米镜子相比,地球上的30米镜子收集的光线要多得多。巨大的地面望远镜在做光谱用的光桶方面比在太空中所能完成的任何事情都做得更好。

最重要的是,随着自适应光学技术的发展,目前可建造和可发射尺寸的天基望远镜失去了其与地面望远镜相比的主要优势。而且由于它们的成本是其10到100倍,因此根本不值得为许多目的而建造它们。

天文望远镜在被大气层阻挡的部分光谱(例如紫外线和红外线(Webb))中,以及在某些涉及长期高精度光度法(Kepler)和天文测量(Gaia)的任务中,仍占有重要的优势。但是对于一般用途,天平似乎牢固地位于大型望远镜的地面上。

如果太空飞行变得更便宜,这种情况将会改变。例如,SpaceX BFR具有9米的整流罩和大大降低的发射成本,这为太空望远镜带来了巨大希望。


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也许可以补充一点,自适应光学器件在可见波长下并不真正起作用;仅近红外。天基望远镜将始终在可见光波长下提供更好的角分辨率。
Rob Jeffries

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@jamessqf:是的,但是您在非常昂贵的乐器上消耗了很多很多时间。用更少的钱在地球上建立更大的望远镜效率更高。拍摄同一地点的多次曝光,并将它们添加到地球以及太空中都可以工作-地球的大部分天空在哈勃的轨道上被掩盖。
Mark Olson

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@RobJeffries AO在可见光下效果很好,所以我承认蓝色的一端很难处理。
Carl Witthoft

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@ Donald.McLean这取决于您要执行的操作。韦伯的目的是看“回来的路上,但在可见的大望远镜的工作可以做的暗弱天体光谱的近出来Z = 2,并覆盖一个非常大的一些有趣的对象。至关重要的是,韦伯的总市值超过了90 亿美元,整个“三十米望远镜”的总价值估计为14亿美元。韦伯没有被称为“吃天文学的望远镜”!
Mark Olson

1
@jamesqf实际上,无论是太空望远镜还是地面望远镜,曝光时间都不会超过30分钟。而是,将多次曝光组合为单个图像。例如,HUDF使用了800次曝光,每次1200秒。原因是明亮的物体如果长时间曝光会导致像素饱和,并且宇宙射线破坏良好图像的可能性会随曝光时间而增加。但是,如果有几次较短的风险暴露,则采用许多风险暴露的中位数就可以消除CR。
pela

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除了马克的好答案...

为什么我们要建造更大的陆基望远镜,而不是将更大的陆基望远镜发射到太空?

如果您有钱买两所房子,其中一间在工作附近,另一处在树林里的“夏日别墅”中,您将如何分配预算?

这个问题是后续问题。更大的望远镜等于更好的结果吗?

是的,我也不喜欢这些答案,也许@MarkOlson也没有留下深刻的印象。

这些答案都错过了自适应光学系统(认为它昂贵而并不特别有效),并且无法轻松升级除建筑物和主镜尺寸以外的所有物体。

地基反射镜必须比空基反射镜大多少倍?我想我主要是在请求可见光,但我也对总体感兴趣。

它不是“更大”,而是“有效地推销您的想法,获得尽可能多的资金,并使用最大的主镜建造最大的建筑物”。深入挖掘并构建您可能拥有的东西,而不是尽可能大地升级-传感器和超级计算机可以修复其余部分。

我想在地面上,您可以安全地免受微陨石的侵害,因此它可能会持续更长的时间。在什么时候在月球或其他物体上建造望远镜会变得更便宜?

地面和太空望远镜是有用的,而月球望远镜则少用。

当我们有“ 阿科姆望远镜公司”在月球上开设第一家商店时,要购买的价格就会下降,直到那时地球和天基的价格都会降低。借助天基,它可以在途中遇到您进行维修;而基于地面(甚至在山顶上)的维修设施通常就在附近。

在Paranal,镜子维修大楼位于山顶,靠近镜子。

《科学美国人》文章:詹姆斯·韦伯太空望远镜“太大而不能倒?” 解释:

“假设我们达到了Earth-Sun L2的注入轨迹,当然,下一个最危险的事情就是部署望远镜。而且与哈勃不同,我们不能出去修复它。甚至没有机器人可以出去修复它。因此,我们冒着巨大的风险,但要获得丰厚的回报。”格伦斯菲尔德说。

不过,我们已经做出了一些努力,以使JWST像Hubble一样“可用”,据加利福尼亚州雷东多海滩诺斯罗普·格鲁曼宇航系统公司JWST的项目经理斯科特·威洛比说。威洛比说,这家航空航天公司是NASA开发和整合JWST的主要承包商,并且承担了在望远镜上提供“发射工具接口环”的任务,无论是宇航员还是遥控机器人,它都可以“被某些东西抓住”。如果将航天器送至L2与JWST对接,则可以尝试进行修理-或者,如果天文台运行良好,只需加满油箱即可延长其寿命。但目前尚无预算用于此类英雄事工。如果JWST遭受航天飞机上那些被低估的“糟糕的一天”,无论是由于火箭事故,部署故障还是不可预见的原因,格伦斯菲尔德说,目前存在着一组太空观测站,

左室射血分数

交付运载工具接口环(LVIR)锻件(2)

引用“ 詹姆斯·韦伯太空望远镜 ”(JWST)网站:

完整的主镜将比哈勃太空望远镜的主镜直径大2.5倍,后者的直径为2.4米,但重量大约是后者的一半。

考虑到每种设计的相对镜面尺寸,形状和特征的细节,詹姆斯·韦伯太空望远镜的集光速度将比哈勃太空望远镜快9倍。”美国宇航局总部JWST计划科学家埃里克·史密斯(Eric Smith)说,华盛顿:增加的灵敏度将使科学家们可以回顾大爆炸之后的第一个星系何时形成,更大的望远镜将在天文学的各个方面都具有优势,并将彻底改变关于恒星和行星系统如何形成和演化的研究。

另请参阅:“ 韦伯与哈勃望远镜 ”:

...较远的物体会发生更高的红移,并且它们的光会从UV和光学镜中射入近红外光。因此,对这些遥远物体的观测(例如,像在宇宙中形成的第一个星系)需要红外望远镜。

这是Webb不能替代Hubble的另一个原因是Webb的功能不相同。韦伯将主要从红外观察宇宙,而哈勃则主要在光和紫外波长研究宇宙(尽管它具有一定的红外能力)。韦伯的镜子也比哈勃大得多。更大的集光面积意味着,韦伯可以比哈勃所能做的远得多。哈勃望远镜绕地球非常近,而韦伯在第二个拉格朗日(L2)点上则相距150万公里。

...

韦伯会看到多远?

由于行进需要时间,所以物体离我们越远,我们看到的时间就越晚。

向后看。

此图比较了各种望远镜以及它们能看到多远。本质上,哈勃[HST]可以看到“幼儿星系”,韦伯望远镜[JWST]可以看到“婴儿星系”。韦伯能够看到第一个星系的一个原因是因为它是红外望远镜。宇宙(以及其中的星系)正在扩展。当我们谈论最遥远的物体时,爱因斯坦的《将军相对》实际上开始发挥作用。它告诉我们,宇宙的膨胀意味着实际伸展的是物体之间的空间,从而导致物体(星系)彼此远离。此外,该空间中的任何光也将拉伸,从而将该光的波长转换为更长的波长。这会使远处的物体在可见光波长下非常暗淡(或不可见),因为那束光像红外线一样到达了我们。像韦伯一样的红外望远镜是观察这些早期星系的理想选择。

自适应光学技术的更新正在进行中,请参见:Benjamin L.Gerard,Christian Marois和RaphaëlGalicher撰写的`` 使用自相干相机在地基望远镜上快速相干差分成像 ''(2018年6月7日):

“我们开发了一种基于自相干相机(SCC)的方法的框架,该方法将被应用于地面望远镜,称为快速大气SCC技术(FAST)。我们通过使用专门设计的日冕仪和相干仪证明了这一点。差分成像算法,每几毫秒记录一次图像,可以减去大气和静态斑点,同时保持接近统一的系外行星通量;详细的模拟在30秒后对H波段的1%带通达到了接近光子噪声极限的对比度在第5级和第5级星上,如果我们推断一个小时的观测时间,则在5级情况下,原始对比度比目前从ExAO仪器获得的原始对比度高110倍,说明这种方法的灵敏度提高可以在未来对低质量系外行星的检测和表征中发挥重要作用。”

简而言之,有时它们可​​以完全消除气氛。改进即将到来。

ESO 4LGSF- 激光制导星装置 -四个激光器用于为AO创建制导星。


轻而易举:将这些望远镜放在拉格朗日点上基本上不会进行天基维修。对于人类来说太遥远了。
Carl Witthoft

@CarlWitthoft-您是否提到我提到的这一点:“借助天基,它可以在途中遇到您进行维修,...”-我的最大爱好是我没有说要去那里或将其留为太空垃圾,如果它哈勃。开复古车,一年或两年后见面,进行修理(希望不能打捞)并推开它的价格要便宜得多。也许您可以写一个问题:爱它还是留下它……
罗布

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实际上,我认为我们会看到下一代太空望远镜的天基维修和升级。从韦伯的位置到达高地球轨道的费用相当便宜。如果BFR证明成功或Blue Origin成功并迈出了下一步,那么派遣机组人员进入100,000公里的轨道,其成本与向LEO发射的老式ULA相当。向韦伯增加1000千克,将使其返回到相同的100,000公里轨道,以使用离子引擎进行维修。BFR式的发射成本下降是天基天文学的拐点。
Mark Olson

1
@MarkOlson-是的。SpaceX定价为6,200 万美元或9,000 万美元,以向您的火星发送4,020或16,800公斤,具体取决于您选择的运载工具。如果派人或机器人在轨道或L2交会花费10倍的成本,那仅是成本的10%。如果您的汽车花 3万美元,您会花3000 美元去修理它还是将它送到废品场,我忍不住想,很多人会为修理付出代价-特别是当您考虑收益与损失时。
罗布

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@马克·奥尔森(Mark Olson):为什么派一个工作人员到你把望远镜停在哪里?(由于您还必须与他们一起发送生命支持系统,并支付旅行时间...),构建一个机械拖船,将其带回LEO,在该处进行维修,然后将其取回。您可以将同一拖船用于通讯卫星&c。
jamesqf

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回答有关在月球上建造的子问题:这要承受与基于太空的“范围”相同的发射成本和发射限制,此外,您还必须处理着陆和重力垂降。因此,您需要的第一件事是可以正常运转的月球底座,该底座可以使用当地原材料制造所有组件。一旦到位(在这里大笑),您仍然需要自适应光学器件(如JWebb等多元素示波器)来进行对准和重力垂度偏移,但是由于它们是静态的,因此您不需要高频地球上应对大气异常所需的响应。您将需要在“黑暗的一面”上进行构建,以使Terran的灯光不会弄脏一切。


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好答案。另外,月球是尘土飞扬的,这也增加了成本,因为您需要清洁镜子并希望尘土不会污染精密的机械装置。
Mark Olson

6
建议最流行的位置是南极附近的火山口,该火山口处于永久阴影下(来自太阳和地球),但附近的山峰处于永久光照下,以获取能量。我已经看到有人建议说,月球望远镜的可操纵性将非常有限,并且基本上被设计为实际上在南极附近的一小区域看起来非常深。
史蒂夫·林顿

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“每24小时就会有5吨彗星粒子撞击月球表面……将月尘喷向月球上方。” 更不用说其中之一撞击望远镜的可能性。因此,目前仍处于科幻小说领域。en.wikipedia.org/wiki/Moon#Dust
GlenPeterson

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@GlenPeterson没问题:建造一个大型吸尘器:-) :-)
Carl Witthoft

观察Paranal发生的事情是不切实际的:“每天晚上,巨大的镜子都暴露在大气中……”……“它们逐渐积聚灰尘……降低了反射率,使它们的效率降低了……所以它们是定期将其从望远镜上取下,下山到重涂设施,清洗并最后涂上一层薄且高反射率的新铝层。镜面清洁过程需要八天的时间……”。正如格伦指出的那样,月亮上有很多尘埃。
抢劫

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回答月球上的望远镜。与从任何行星/月球在太空中自由漂浮相比,处于月球表面会产生问题。重力会扭曲镜子/机械装置,需要额外的工程来支撑重量,半天随时都被月亮挡住,地面的热量散发出来,昼夜循环的温度变化,灰尘...

月球的远端将是进行低频无线电观测的最佳场所。月亮阻挡了地球的所有排放。

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