Astronomia

I telescopi spaziali sono completamente fuori dall'atmosfera terrestre?

I telescopi spaziali sono completamente fuori dall'atmosfera terrestre?

Il telescopio spaziale Hubble, e ogni altro telescopio spaziale del resto, è completamente al di fuori dell'atmosfera terrestre?


Una manciata di telescopi spaziali si trovano nel punto L2 di Langrange, a 1,5 milioni di km dalla Terra. Questo è molto più lontano della Luna e molto al di fuori dell'atmosfera terrestre.

WMAP e Planck, che misurano il fondo cosmico a microonde (CMB), si trovano qui perché la Terra è cento volte più luminosa della CMB in questa regione di lunghezze d'onda. Herschel osserva nell'infrarosso, che è radiazione di calore, quindi è stato messo anche in L2 per evitare il calore della Terra. Altri possono essere trovati nell'elenco fornito nella risposta di Keith.

Un altro vantaggio di mettere un telescopio in L2 è che la Terra e il Sole sono sempre nella stessa direzione, rendendo più facile osservare la maggior parte del cielo. Il costo di metterlo qui è probabilmente più di un ordine di grandezza più alto, però.

Che i telescopi in orbita terrestre bassa come Hubble a 550 km siano o meno al di fuori dell'atmosfera terrestre è un po' soggettivo. L'atmosfera non si ferma ad un certo punto, anzi si assottiglia gradualmente. Questi telescopi spaziali sono decisamente abbastanza lontani da non essere riscaldati. Né l'atmosfera influenza le loro osservazioni (vedendo). Essi siamo, tuttavia, ha rallentato lentamente e quindi ha bisogno di una spinta ogni tanto per non cadere.


Questo articolo contiene un elenco di telescopi spaziali. È probabile che sia quasi completo.

L'estensione dell'atmosfera terrestre non è molto ben definita. L'altitudine alla quale orbita Hubble (circa 550 chilometri sopra la superficie) è superiore quasi tutta l'atmosfera, ma c'è ancora abbastanza aria residua da causare una leggera resistenza. Non è più alto perché è stato dispiegato dallo Space Shuttle, che non poteva portarlo molto più in alto della sua orbita attuale. È stato anche utile poter volare in missioni di servizio.


Telescopi spaziali

Come possono gli scienziati avere una visione chiara degli oggetti nello spazio? Come possono cercare pianeti che potrebbero orbitare attorno a stelle vicine?

I telescopi sono stati usati per studiare i cieli per oltre 300 anni. Ma i telescopi terrestri hanno un serio handicap. L'atmosfera che circonda la Terra interferisce con quasi tutte le radiazioni che ci raggiungono dallo spazio. Ad esempio, la radiazione sotto forma di luce proveniente da oggetti distanti viene distorta dall'atmosfera, facendo apparire le stelle scintillanti.

La luce è solo una forma di energia emessa dalle stelle. Le stelle emettono anche energie invisibili, tra cui onde radio, infrarossi, ultravioletti, gamma e raggi X. Fatta eccezione per la luce e le onde radio, quasi tutta questa energia è schermata dall'atmosfera terrestre.

I primi telescopi spaziali

I primi telescopi spaziali furono progettati per osservare queste energie invisibili schermate. Già nel 1947, i razzi trasportavano strumenti nell'atmosfera terrestre per misurare i raggi ultravioletti e X. Negli anni '70, i telescopi montati sui satelliti osservavano queste e altre energie invisibili.

Oltre a non essere influenzati dalle distorsioni atmosferiche della luce visibile, i telescopi spaziali possono osservare altri tipi di radiazioni che vengono bloccate dall'atmosfera. Gli strumenti collegati ai telescopi raccolgono informazioni e le trasmettono sulla Terra.

I primi telescopi spaziali includevano l'International Ultraviolet Explorer e l'Einstein X-Ray Observatory (dal nome del fisico Albert Einstein), entrambi lanciati nel 1978 e l'Infrared Astronomical Satellite, lanciato nel 1983.

I telescopi spaziali di oggi

Negli anni '80, la National Aeronautics and Space Administration (NASA) iniziò a progettare quattro telescopi spaziali, chiamati Great Observatories. Il primo di questi, l'Hubble Space Telescope, è stato lanciato nell'aprile 1990. È stato seguito dall'Osservatorio di raggi gamma Compton nell'aprile 1991, dall'Osservatorio a raggi X Chandra nel luglio 1999 e dallo Space Infrared Telescope Facility nell'agosto 2003.

Telescopio Spaziale Hubble

Il telescopio spaziale Hubble (HST) è progettato per osservare la luce visibile e le radiazioni ultraviolette e infrarosse. Prende il nome dall'astronomo americano Edwin Hubble (1889-1953). L'HST, che è lungo circa quanto un grande scuolabus, ha una massa di oltre 11 tonnellate. La sua orbita intorno alla Terra, a un'altitudine media di 370 miglia (600 chilometri), dura 95 minuti. Le stazioni di terra rimangono in contatto con Hubble mentre orbita e anche i satelliti per le comunicazioni lo seguono.

L'Hubble è un telescopio riflettore. La luce entra nel telescopio e colpisce uno specchio primario. Viene quindi riflesso verso uno specchio secondario, che reindirizza la luce indietro attraverso un piccolo foro al centro dello specchio primario. La luce viene quindi analizzata da uno degli strumenti scientifici di Hubble.

Alcuni degli strumenti scientifici utilizzati sull'Hubble nel corso delle sue operazioni sono stati riparati, aggiornati o completamente sostituiti durante missioni di servizio periodiche dagli astronauti a bordo delle navette spaziali. Tra gli strumenti utilizzati su Hubble c'era una fotocamera planetaria/a largo campo, che ha fotografato ampie sezioni del cielo così come i pianeti del nostro sistema solare e uno Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS), che ha analizzato la luce di un oggetto in spazio per determinare di quali elementi era fatto, quanto velocemente viaggiava e se si stava avvicinando o allontanandosi dalla Terra.

L'Hubble ha fornito agli astronomi alcune delle loro immagini più dettagliate di sempre di vari oggetti celesti. Questi vanno dai pianeti del nostro sistema solare alle galassie distanti oltre 10 miliardi di anni luce.

Ad esempio, l'Hubble ha catturato immagini di gigantesche tempeste su Marte, collisioni di galassie lontane, nascita di giovani stelle, regioni dalla forma strana di polvere e gas vorticosi e l'evaporazione di un pianeta gassoso che orbita intorno a una stella lontana. E nel 1994, Hubble ha catturato immagini straordinarie della cometa Shoemaker-Levy mentre i frammenti del suo nucleo entravano in collisione con Giove.

Osservatorio di raggi gamma Compton

Il Compton Gamma-Ray Observatory è stato progettato per rilevare i raggi gamma, la forma più potente, o energetica, di radiazione elettromagnetica. Questo telescopio spaziale prende il nome dal fisico americano Arthur Compton (1892-1962). Poiché i raggi gamma non penetrano nell'atmosfera terrestre, tranne che a energie estremamente elevate, non possono essere rilevati da osservatori a terra. I raggi gamma possono segnalare eventi, come la morte di una stella, e fornire informazioni su buchi neri, pulsar e quasar. I quasar costituiscono la classe di oggetti più potente mai scoperta nell'universo.

Il Compton pesava quasi 17 tonnellate. Ha orbitato attorno alla Terra ad un'altitudine di circa 280 miglia (450 chilometri). Tre dei quattro strumenti della Compton erano grandi circa quanto un'utilitaria. La dimensione degli strumenti è molto importante nell'astronomia dei raggi gamma. I raggi gamma vengono rilevati quando interagiscono con la materia, quindi il numero di eventi di raggi gamma registrati dipende dalle dimensioni del rivelatore.

L'Osservatorio Compton ha realizzato la prima mappa completa dell'intero cielo. Ha anche scoperto i vicini resti di una recente supernova e una nuova classe di sorgenti di raggi gamma ad alta energia chiamate quasar di raggi gamma. Il Compton ha completato la sua missione nel 2000 quando è rientrato nell'atmosfera terrestre ed è bruciato.

Osservatorio a raggi X Chandra

Il Chandra X-Ray Observatory prende il nome dall'astrofisico indiano Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-95). Il Chandra è progettato per studiare le sorgenti dei raggi X, comprese le stelle, le stelle esplosive chiamate supernovae e la materia che cade nei buchi neri.

I raggi X degli oggetti celesti sono focalizzati da specchi all'interno del Chandra e diretti verso strumenti speciali. Questi strumenti includono una telecamera ad alta risoluzione per registrare il numero e l'intensità dei raggi X in arrivo e vari spettrometri per analizzare lo spettro dei raggi X.

Tra le scoperte di Chandra c'era un enorme buco nero che inghiotte materiale al centro della Via Lattea, impulsi di raggi X provenienti dalle regioni polari di Giove e un immenso disco rotante di gas estremamente caldo che si muove attraverso una galassia lontana. I Chandra hanno anche trovato segni di materia oscura nascosta, che potrebbe costituire la maggior parte della massa dell'universo.

La struttura del telescopio spaziale a infrarossi

Lo Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) è progettato per rilevare la radiazione infrarossa emessa dagli oggetti celesti. Questi oggetti includono quelli non facilmente visibili alla luce visibile, come stelle piccole e fioche o pianeti nascosti da spesse nuvole di polvere e gas.

Gli strumenti scientifici del SIRTF includono un telescopio riflettore, una fotocamera a infrarossi, uno spettrografo a infrarossi e un fotometro per immagini multibanda. Poiché il SIRTF è sensibile al calore, è schermato dal sole e dalla Terra e un dispositivo speciale chiamato criostato utilizza elio liquido per ridurre la temperatura dell'apparecchiatura a circa ¯459°F (¯273°C).

Altri telescopi spaziali

Altri telescopi sono stati lanciati nello spazio. Due sono gestiti dall'Agenzia spaziale europea. Il Laboratorio internazionale di astrofisica dei raggi gamma (INTEGRAL) effettuerà varie osservazioni a raggi X e creerà una mappa dei raggi gamma dell'intero cielo. La missione multi-specchio a raggi X (XMM-Newton) utilizza tre telescopi a raggi X, ciascuno con 58 specchi, per rilevare più sorgenti di raggi X di qualsiasi altro osservatorio orbitante. Un terzo, l'High Energy Transient Explorer (HETE-2), è gestito congiuntamente da Stati Uniti, Giappone, Francia e Italia. È progettato per rilevare raffiche di raggi gamma e per rilevare sorgenti di raggi X.


I telescopi spaziali sono completamente fuori dall'atmosfera terrestre? - Astronomia

Il vantaggio di usare un telescopio nello spazio è che non devi guardare attraverso l'atmosfera terrestre. Per osservazioni molto dettagliate, l'atmosfera è piuttosto torbida e orribile, quindi è un vero vantaggio superarla. Probabilmente hai visto le immagini HST e sono davvero molto più dettagliate di quelle che puoi ottenere da terra.

Gli svantaggi hanno principalmente a che fare con la seccatura di operare nello spazio. È molto più costoso, quindi non puoi avere un telescopio così grande. Se le cose vanno male è molto più difficile ripararle. Non è possibile aggiornare gli strumenti così spesso in modo che diventino rapidamente obsoleti. Anche con la moderna tecnica dell'ottica adattiva (fondamentalmente correggendo la turbolenza dell'atmosfera mentre osservi), i telescopi terrestri stanno raggiungendo l'HST.

A proposito, quanto sopra è per i telescopi ottici che presumo sia ciò che intendi. Per altre lunghezze d'onda non c'è scelta in quanto la nostra atmosfera può bloccarle completamente (es. Infrarossi lontani e raggi X e Gamma). I telescopi per questi devono essere nello spazio. Per la maggior parte delle lunghezze d'onda radio l'atmosfera è un problema minimo, quindi strumenti come Arecibo e il VLA non sono affatto limitati dall'atmosfera.

Questa pagina è stata aggiornata l'ultima volta il 18 luglio 2015.

Circa l'autore

Karen Masters

Karen è stata una studentessa laureata alla Cornell dal 2000 al 2005. Ha continuato a lavorare come ricercatrice nelle indagini sul redshift della galassia presso l'Università di Harvard e ora è alla Facoltà dell'Università di Portsmouth nel suo paese d'origine, il Regno Unito. La sua ricerca ultimamente si è concentrata sull'utilizzo della morfologia delle galassie per fornire indizi sulla loro formazione ed evoluzione. È la Project Scientist per il progetto Galaxy Zoo.


Tipi di telescopi

Telescopi ottici

Le persone producono e usano lenti per l'ingrandimento da migliaia di anni. Tuttavia, i primi veri telescopi furono realizzati in Europa alla fine del XVI secolo. Questi telescopi utilizzavano una combinazione di due lenti per far apparire gli oggetti distanti sia più vicini che più grandi. Il termine telescopiofu coniato dallo scienziato e matematico italiano Galileo Galilei (1564-1642). Galileo costruì il suo primo telescopio nel 1608 e successivamente apportò molti miglioramenti al design del telescopio.

I telescopi che si basano sulla rifrazione, o flessione, della luce da parte delle lenti sono chiamati telescopi rifrattori, o semplicemente rifrattori. I primi telescopi, compreso quello di Galileo, erano tutti rifrattori. Molti dei piccoli telescopi utilizzati oggi dagli astrofili sono rifrattori. I rifrattori sono particolarmente utili per visualizzare i dettagli all'interno del nostro sistema solare, come la superficie della luna terrestre o gli anelli attorno a Saturno (figura sotto).

Il più grande telescopio rifrattore al mondo si trova presso l'osservatorio Yerkes dell'Università di Chicago, nel Wisconsin, ed è stato costruito nel 1897. La sua lente più grande ha un diametro di 102 cm.

Intorno al 1670, un altro famoso scienziato e matematico, Sir Isaac Newton (1643–1727), costruì un diverso tipo di telescopio. Newton usava specchi curvi per focalizzare la luce e così creò il primo telescopi riflettenti, o riflettori (figura sotto). Gli specchi di un telescopio riflettore sono molto più leggeri delle pesanti lenti di vetro di un rifrattore. Questo è significativo, perché:

  • Per sostenere le spesse lenti di vetro un rifrattore deve essere robusto e pesante.
  • Gli specchi sono più facili da realizzare con precisione rispetto a realizzare lenti in vetro.
  • Poiché non devono essere così pesanti per supportare lenti della stessa dimensione, i riflettori possono essere realizzati più grandi dei rifrattori.

I telescopi più grandi possono raccogliere più luce e quindi possono studiare oggetti più deboli o più distanti. I più grandi telescopi ottici del mondo oggi sono riflettori.

(a) I telescopi a riflessione usati oggi dagli astrofili sono simili a quello progettato da Isaac Newton nel XVII secolo. (b) Il South African Large Telescope (SALT) è uno dei più grandi telescopi riflettenti sulla Terra. Lo specchio primario di SALT è composto da 91 specchi esagonali più piccoli, ciascuno con i lati lunghi 1 m. (c) Molti astrofili oggi usano telescopi catadiottrici.

Telescopi catadiottrici avere una combinazione di specchi e lenti per focalizzare la luce. I telescopi catadiottrici hanno grandi specchi per raccogliere molta luce, ma tubi corti per la portabilità.

KQED: Astronomi dilettanti

Gli astronomi dilettanti amano osservare e studiare le stelle e altri oggetti celesti. Sia gli astronomi professionisti che quelli dilettanti usano i telescopi. Un telescopio è uno strumento che fa sembrare più vicini gli oggetti lontani. Ulteriori informazioni su: http://science.kqed.org/quest/video/amateur-astronomers/.

Radiotelescopi

Notare che sopra dice che il più grande ottico i telescopi nel mondo sono riflettori. I telescopi ottici raccolgono la luce visibile. Telescopi ancora più grandi sono costruiti per raccogliere la luce a lunghezze d'onda più lunghe: le onde radio. Secondo voi come si chiamano questi telescopi? Radiotelescopi assomigliano molto alle antenne paraboliche perché entrambe sono progettate per fare la stessa cosa: raccogliere e focalizzare le onde radio o microonde (le onde di lunghezza d'onda più corte) dallo spazio.

Il più grande telescopio singolo del mondo si trova all'Osservatorio di Arecibo a Porto Rico (figura sotto). Questo telescopio si trova in una dolina naturale che si è formata quando l'acqua che scorre nel sottosuolo ha sciolto la roccia calcarea. Se questo telescopio non fosse sostenuto da terra, crollerebbe sotto il suo stesso peso. Poiché il telescopio è fissato al suolo, non può essere puntato su diverse parti del cielo e quindi può osservare solo la parte di cielo che si trova sopra la testa in un dato momento.

Il radiotelescopio dell'Osservatorio di Arecibo ha un diametro di 305 m.

Un gruppo di radiotelescopi può essere collegato insieme a un computer in modo che osservino tutti lo stesso oggetto (figura sotto). Il computer combina i dati, facendo funzionare il gruppo come un unico telescopio.

Per ulteriori informazioni sui radiotelescopi e sulla radioastronomia in generale, visitare http://www.nrao.edu/whatisra/index.shtml.

Il Very Large Array nel New Mexico ha 27 antenne radiofoniche, ciascuna di 25 m di diametro. Quando tutti i piatti sono puntati sullo stesso oggetto, sono come un singolo telescopio con un diametro di 22,3 miglia.

KQED: SETI: la nuova ricerca di ET

Gli scienziati hanno intensificato la loro ricerca di intelligenza extraterrestre con l'Allen Telescope Array, una serie di 350 radiotelescopi, situata 300 miglia a nord di San Francisco. Scopri perché gli scienziati SETI ora dicono che potremmo avere notizie di ET prima di quanto pensi. Ulteriori informazioni su: http://science.kqed.org/quest/video/seti-the-new-search-for-et/.

KQED: Intervista con l'astronoma Jill Tartar

SETI ascolta i segni della tecnologia di altre civiltà. La dottoressa Jill Tartar spiega il programma: cosa sta cercando quali sono i problemi quali sono i potenziali benefici. Scopri di più su: http://www.youtube.com/watch?v=QwEm3WHvNHI.

Telescopi spaziali

I telescopi sulla Terra hanno tutti una limitazione significativa: la radiazione elettromagnetica che raccolgono deve passare attraverso l'atmosfera terrestre. L'atmosfera blocca alcune radiazioni nella parte infrarossa dello spettro e quasi tutte le radiazioni nelle gamme di frequenze ultraviolette e superiori. Inoltre, il movimento nell'atmosfera distorce la luce. Questa distorsione è il motivo per cui le stelle brillano nel cielo notturno. Per ridurre al minimo questi problemi, molti osservatori sono costruiti in alta montagna, dove c'è meno atmosfera sopra il telescopio. Anche meglio, telescopi spaziali evitare completamente tali problemi perché orbitano al di fuori dell'atmosfera terrestre nello spazio. I telescopi spaziali possono trasportare strumenti per osservare oggetti che emettono vari tipi di radiazioni elettromagnetiche come raggi gamma o raggi X visibili, infrarossi o ultravioletti. I telescopi a raggi X, come l'Osservatorio a raggi X Chandra, utilizzano l'ottica a raggi X per osservare oggetti remoti nello spettro dei raggi X.

Il telescopio spaziale Hubble (HST), mostrato in (figura sotto), è forse il telescopio spaziale più conosciuto. L'Hubble è stato messo in orbita dallo Space Shuttle Atlantis nel 1990. Una volta in orbita, gli scienziati hanno scoperto che c'era un difetto nella forma dello specchio. Una missione di manutenzione su Hubble da parte dello Space Shuttle Endeavour nel 1994 ha corretto il problema. Da quel momento, Hubble ha fornito enormi quantità di dati che hanno aiutato a rispondere a molte delle più grandi domande in astronomia.

Scopri di più visitando il sito Web del telescopio spaziale Hubble all'indirizzo http://hubblesite.org.

(a) Il telescopio spaziale Hubble orbita intorno alla Terra a un'altitudine di 589 km (366 mi). Raccoglie dati nelle lunghezze d'onda visibili, infrarosse e ultraviolette. (b) Questo ammasso di stelle è una delle tante fantastiche immagini scattate dall'HST negli ultimi due decenni.

La National Aeronautics and Space Administration (NASA) ha messo in orbita altri tre importanti telescopi spaziali, che comprendono quelli che la NASA chiama i ‘Grandi Osservatori’. Ciascuno di questi telescopi è specializzato in una parte diversa dello spettro elettromagnetico (figura sotto). La NASA sta pianificando un altro telescopio, il James Webb Space Telescope, che sostituirà l'ormai obsoleto Hubble. Il lancio del James Webb è previsto per il 2018.

I quattro Grandi Osservatori spaziali della NASA sono stati progettati per osservare l'universo in diverse gamme dello spettro elettromagnetico. A. Telescopio spaziale Hubble: luce visibile, infrarossa e ultravioletta B. Osservatorio dei raggi gamma Compton (inattivo): raggi gamma C. Telescopio spaziale Spitzer: infrarosso D. Osservatorio dei raggi X Chandra: raggi X.


Il telescopio spaziale Hubble può essere riparato?

È stato prima. Immediatamente dopo il suo lancio nel 1990 si scoprì che il suo specchio aveva un'aberrazione che causava la sfocatura delle immagini, quindi fu visitato in orbita dagli astronauti a bordo dello Space Shuttle Endeavour della NASA nel 1993. Installarono un'ottica correttiva. Altre missioni di manutenzione hanno avuto luogo nel 1997, 1999, 2002 e 2009 per aggiornare vari componenti, in particolare aggiungendo la Wide Field Camera 3 del telescopio.

Tuttavia, le missioni di manutenzione sono cessate con il ritiro degli Space Shuttle nel 2011. Non è chiaro quale veicolo orbitale potrebbe ora essere utilizzato per visitare e riparare il telescopio spaziale Hubble.

Tuttavia, molte correzioni possono essere eseguite in remoto. Alcuni anni fa il telescopio spaziale ha subito un guasto al giroscopio e l'8 marzo 2021 è entrato in modalità provvisoria a causa di un errore del software di bordo che è stato presto risolto.

Questa fotografia del telescopio spaziale Hubble della NASA è stata scattata durante la quinta missione di manutenzione del . [+] osservatorio nel 2009.


Contenuti

Wilhelm Beer e Johann Heinrich Mädler nel 1837 discussero i vantaggi di un osservatorio sulla Luna. [2] Nel 1946, l'astrofisico teorico americano Lyman Spitzer propose un telescopio nello spazio. [3] La proposta di Spitzer richiedeva un grande telescopio che non sarebbe stato ostacolato dall'atmosfera terrestre. Dopo aver fatto pressioni negli anni '60 e '70 per la costruzione di un tale sistema, la visione di Spitzer alla fine si è materializzata nel telescopio spaziale Hubble, che è stato lanciato il 24 aprile 1990 dallo Space Shuttle Scoperta (STS-31). [4] [5]

I primi telescopi spaziali operativi furono l'Osservatorio astronomico orbitante americano, OAO-2, lanciato nel 1968, e il telescopio ultravioletto sovietico Orion 1 a bordo della stazione spaziale Salyut 1 nel 1971.

L'esecuzione di astronomia da osservatori terrestri sulla Terra è limitata dal filtraggio e dalla distorsione delle radiazioni elettromagnetiche (scintillazioni o scintillii) dovute all'atmosfera. [2] Un telescopio in orbita attorno alla Terra al di fuori dell'atmosfera non è soggetto né allo scintillio né all'inquinamento luminoso da sorgenti di luce artificiale sulla Terra. Di conseguenza, la risoluzione angolare dei telescopi spaziali è spesso molto più alta di un telescopio terrestre con un'apertura simile. Molti telescopi terrestri più grandi, tuttavia, riducono gli effetti atmosferici con l'ottica adattiva.

L'astronomia spaziale è più importante per le gamme di frequenza che sono al di fuori della finestra ottica e della finestra radio, le uniche due gamme di lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico che non sono gravemente attenuate dall'atmosfera. Ad esempio, l'astronomia a raggi X è quasi impossibile se eseguita dalla Terra e ha raggiunto la sua attuale importanza in astronomia solo grazie ai telescopi a raggi X orbitanti come l'osservatorio Chandra e l'osservatorio XMM-Newton. Anche gli infrarossi e gli ultravioletti sono in gran parte bloccati.

I telescopi spaziali sono molto più costosi da costruire rispetto ai telescopi terrestri. A causa della loro posizione, anche i telescopi spaziali sono estremamente difficili da mantenere. Il telescopio spaziale Hubble è stato servito dallo Space Shuttle, ma la maggior parte dei telescopi spaziali non può essere affatto riparata.

I satelliti sono stati lanciati e gestiti da NASA, ISRO, ESA, CNSA, JAXA e il programma spaziale sovietico in seguito è succeduto da Roscosmos della Russia. A partire dal 2018, molti osservatori spaziali hanno già completato le loro missioni, mentre altri continuano a operare a lungo. Tuttavia, la futura disponibilità di telescopi spaziali e osservatori dipende da finanziamenti tempestivi e sufficienti. Mentre i futuri osservatori spaziali sono pianificati dalla NASA, JAXA e CNSA, gli scienziati temono che ci sarebbero lacune nella copertura che non sarebbero coperte immediatamente da progetti futuri e questo influenzerebbe la ricerca scientifica fondamentale. [6]


Gli svantaggi dei telescopi spaziali

Specchi del telescopio James Webb, che ha subito molteplici ritardi nel suo sviluppo.

Dall'altro lato della medaglia, ci sono anche alcuni svantaggi nel mettere in orbita un telescopio. Se costruirne uno lassù fosse un compito facile, non ci sarebbe motivo per noi di continuare a costruire grandi osservatori quaggiù. Diamo un'occhiata ad alcuni degli aspetti più negativi degli ambiti spaziali.

Questo è davvero quello grande. Costruire un telescopio di 44 piedi con specchi perfettamente allineati, sensori ultravioletti e un gruppo di fotocamere in grado di resistere all'ambiente ostile dello spazio è costoso. E questo è solo l'inizio. Devi ancora mettere più di 11 tonnellate in un razzo e lanciarlo nello spazio. Dopodiché, devi inviare missioni di manutenzione regolari se qualcosa va storto.

Il costo per mettere il telescopio Hubble nello spazio è stato di 4,7 miliardi di dollari. Nel 2010 una stima dei costi cumulativi, inclusa la manutenzione, aveva il costo totale dell'Hubble a circa 10 miliardi di dollari.

Riparazioni difficili

Se uno strumento critico nel telescopio si rompe o si guasta per qualsiasi motivo, sostituirlo non è un compito facile. Devi inviare astronauti addestrati lassù per ripararlo e sperare che tu sappia effettivamente qual è il problema. Se lo diagnosticassi erroneamente sulla Terra e il problema fosse completamente diverso, sprecheresti un'intera missione.

L'Hubble ha subito almeno cinque importanti missioni di manutenzione in cui i suoi specchi, giroscopi, pannelli solari, telecamere e altri strumenti sono stati sostituiti. Ma questo è costoso e richiede molto lavoro. Ad un certo punto durante i suoi primi anni, la NASA ha persino preso in considerazione l'idea di abbandonare il progetto dopo aver scoperto che uno degli specchi non era lucidato correttamente e inviava immagini sfocate. In effetti, a quel tempo, l'Hubble era considerato un fallimento e uno spreco di denaro. Non è stato fino alla prima missione di servizio nel 1993 che ha iniziato a funzionare come previsto.


I telescopi spaziali sono completamente fuori dall'atmosfera terrestre? - Astronomia

L'aria assorbe e disperde anche la radiazione elettromagnetica in una quantità che varia con la lunghezza d'onda. La luce più rossa (lunghezza d'onda maggiore) viene dispersa meno dalle molecole dell'atmosfera e dalla polvere rispetto alla luce più blu (lunghezza d'onda più corta). Questo effetto è noto come arrossamento. Questo effetto spiega perché il Sole appare arancione o rosso quando è vicino all'orizzonte. Gli altri colori della luce solare sono sparsi fuori dalla tua linea di vista in modo che solo i colori arancione e rosso possano attraversare l'atmosfera fino ai tuoi occhi. Questo effetto spiega anche perché il cielo è blu. Poiché la luce blu è dispersa di più, vedrai più luce blu diffusa verso i tuoi occhi quando guardi in una direzione lontana dal Sole.

Tutte le lunghezze d'onda della luce sono disperse o assorbite da una certa quantità. Questo effetto si chiama estinzione. Alcune bande di lunghezze d'onda subiscono più estinzione di altre. Parte della banda infrarossa può essere osservata da montagne sopra i 2750 metri di altezza, perché i telescopi si trovano sopra la maggior parte del vapore acqueo nell'aria che assorbe gran parte dell'energia infrarossa dallo spazio. L'anidride carbonica assorbe anche una quantità minore di energia infrarossa. I raggi gamma e i raggi X vengono assorbiti da molecole di ossigeno e azoto molto in alto sopra la superficie, quindi nessuna di questa radiazione a lunghezza d'onda molto corta arriva a meno di 100 chilometri dalla superficie. La luce ultravioletta viene assorbita dalle molecole di ossigeno e ozono ad altitudini di circa 60 chilometri. Le lunghezze d'onda più lunghe della banda radio sono bloccate dagli elettroni ad altitudini di circa 200 chilometri.

L'atmosfera disperde anche la luce proveniente dal suolo per eliminare molte delle stelle e dei pianeti più deboli in quello che viene chiamato inquinamento luminoso. Man mano che sempre più persone si trasferiscono nelle città e le città diventano più grandi, una percentuale crescente di persone perde la bellezza di un cielo notturno pieno di stelle. Il crescente inquinamento luminoso sta anche minacciando la quantità e la qualità della ricerca che può essere svolta in molti dei principali osservatori astronomici. L'immagine sotto mostra quanta parte del mondo è ora tagliata fuori dal cielo notturno. Seleziona l'immagine per visualizzare una versione più grande dal sito Web dell'Osservatorio della Terra della NASA. Visita il sito web dell'International Dark-Sky Association per ulteriori informazioni sull'inquinamento luminoso e sui modi per riportare il cielo notturno.

Seleziona l'immagine per andare al Centro Osservatorio Radiografico Chandra

Seleziona l'immagine per andare al sito XMM-Newton

I telescopi utilizzati per osservare nell'estremità ad alta energia dello spettro elettromagnetico, come l'Osservatorio a raggi X Chandra e XMM-Newton sopra e NuSTAR all'estremità ad alta energia dei raggi X, devono essere posti al di sopra dell'atmosfera e richiedono disposizioni speciali delle loro superfici riflettenti. L'ultravioletto estremo e i raggi X non possono essere focalizzati usando uno specchio ordinario perché i fotoni ad alta energia si seppellirebbero nello specchio. Ma se colpiscono la superficie riflettente con un angolo molto ridotto, rimbalzano. Utilizzando una serie di piastre metalliche concentriche a forma di cono, è possibile mettere a fuoco fotoni ultravioletti e raggi X ad alta energia per creare un'immagine.

Swift (sopra) ha un rivelatore di lampi di raggi gamma (BAT) più un telescopio a raggi X (XRT) e un telescopio ottico/ultravioletto (UVOT) per studiare i lampi di raggi gamma in altre bande di lunghezze d'onda. NuSTAR (sotto) è il primo telescopio orbitante a focalizzare la luce nella regione dei raggi X ad alta energia (6 - 79 keV).

Telescopio spaziale a raggi gamma Fermi

Il telescopio spaziale Spitzer è molto indietro rispetto alla Terra calda e il suo scudo solare (sul lato sinistro) blocca la calda luce solare.

WISE contro una vista della Via Lattea come si vede nelle lunghezze d'onda del medio infrarosso.

Linee atmosferiche

I gas nell'atmosfera terrestre possono introdurre ulteriori righe di assorbimento negli spettri degli oggetti celesti. Le righe spettrali atmosferiche devono essere rimosse dai dati della spettroscopia, altrimenti gli astronomi troveranno una stella calda con azoto molecolare, ossigeno e righe d'acqua! Tali righe sono prodotte solo da gas molto più freddi di quelli delle stelle.


Osservatori ad alta energia

Le osservazioni ultraviolette, ai raggi X e ai raggi gamma diretti (onde elettromagnetiche ad alta energia) possono essere effettuate solo dallo spazio. Tali osservazioni divennero possibili per la prima volta nel 1946, con i razzi V2 catturati dalla Germania dopo la seconda guerra mondiale. Il Laboratorio di ricerca navale degli Stati Uniti ha messo su questi razzi gli strumenti per una serie di voli pionieristici, utilizzati inizialmente per rilevare le radiazioni ultraviolette del Sole. Da allora, molti altri razzi sono stati lanciati per effettuare osservazioni a raggi X e ultraviolette del Sole, e in seguito di altri oggetti celesti.

Figura 4. Satellite a raggi X Chandra: Chandra, il telescopio a raggi X più potente del mondo, è stato sviluppato dalla NASA e lanciato nel luglio 1999. (credito: modifica del lavoro della NASA)

A partire dagli anni '60, un flusso costante di osservatori ad alta energia è stato lanciato in orbita per rivelare ed esplorare l'universo a lunghezze d'onda corte. Tra i recenti telescopi a raggi X c'è l'Osservatorio a raggi X Chandra, lanciato nel 1999 (Figura 4). Sta producendo immagini a raggi X con una risoluzione e una sensibilità senza precedenti. Progettare strumenti in grado di raccogliere e focalizzare radiazioni energetiche come raggi X e raggi gamma è un'enorme sfida tecnologica. Il Premio Nobel 2002 per la fisica è stato assegnato a Riccardo Giacconi, pioniere nel campo della costruzione e del lancio di sofisticati strumenti a raggi X. Nel 2008, la NASA ha lanciato il telescopio spaziale a raggi gamma Fermi, progettato per misurare i raggi gamma cosmici a energie maggiori di qualsiasi telescopio precedente, e quindi in grado di raccogliere radiazioni da alcuni degli eventi più energetici dell'universo.

Una delle principali sfide è progettare “specchi” per riflettere tali radiazioni penetranti come i raggi X e i raggi gamma, che normalmente passano direttamente attraverso la materia. Tuttavia, sebbene i dettagli tecnici di progettazione siano più complicati, i tre componenti di base di un sistema di osservazione, come abbiamo spiegato in precedenza in questo capitolo, sono gli stessi a tutte le lunghezze d'onda: un telescopio per raccogliere la radiazione, filtri o strumenti per ordinare le radiazione in base alla lunghezza d'onda e un metodo per rilevare e registrare in modo permanente le osservazioni. La tabella 1 elenca alcuni dei più importanti osservatori spaziali attivi che l'umanità ha lanciato.

I rilevamenti di raggi gamma possono essere effettuati anche dalla superficie terrestre utilizzando l'atmosfera come rivelatore primario. Quando un raggio gamma colpisce la nostra atmosfera, accelera le particelle cariche (principalmente elettroni) nell'atmosfera. Quelle particelle energetiche colpiscono altre particelle nell'atmosfera ed emettono la propria radiazione. L'effetto è una cascata di luce ed energia che può essere rilevata al suolo. The VERITAS array in Arizona and the H.E.S.S. array in Namibia are two such ground-based gamma-ray observatories.

Table 1. Recent Observatories in Space
Observatory Date Operation Began Bands of the Spectrum Notes Website
Hubble Space Telescope (HST) 1990 visible, UV, IR 2.4-m mirror images and spectra www.hubblesite.org
Chandra X-Ray Observatory 1999 X-rays X-ray images and spectra www.chandra.si.edu
XMM-Newton 1999 X-rays X-ray spectroscopy www.cosmos.esa.int/web/xmm-newton
International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL) 2002 X- and gamma-rays higher resolution gamma-ray images sci.esa.int/integral
Spitzer Space Telescope 2003 IR 0.85-m telescope www.spitzer.caltech.edu
Fermi Gamma-ray Space Telescope 2008 gamma-rays first high-energy gamma-ray observations fermi.gsfc.nasa.gov
Kepler 2009 visible-light planet finder kepler.nasa.gov
Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) 2009 IR whole-sky map, asteroid searches www.nasa.gov/mission_pages/WISE/main
Gaia 2013 visible-light Precise map of the Milky Way sci.esa.int/gaia

Infrared observations are made with telescopes aboard aircraft and in space, as well as from ground-based facilities on dry mountain peaks. Ultraviolet, X-ray, and gamma-ray observations must be made from above the atmosphere. Many orbiting observatories have been flown to observe in these bands of the spectrum in the last few decades. The largest-aperture telescope in space is the Hubble Space telescope (HST), the most significant infrared telescope is Spitzer, and Chandra and Fermi are the premier X-ray and gamma-ray observatories, respectively.


Guarda il video: Մթնոլորտի աղտոտում (Gennaio 2022).