Astronomia

Perché il (piccolo) Hubble è stato in grado di trovare obiettivi KBO per New Horizons meglio dei grandi telescopi terrestri ad ottica adattiva?

Perché il (piccolo) Hubble è stato in grado di trovare obiettivi KBO per New Horizons meglio dei grandi telescopi terrestri ad ottica adattiva?

Quando le ricerche iniziali di un oggetto della fascia di Kuiper su cui far volare New Horizons dopo aver superato Plutone non hanno trovato buoni bersagli, è stato utilizzato il telescopio Hubble, che ha portato all'attuale sorvolo mirato per il 2019. Le ricerche iniziali hanno utilizzato telescopi terrestri. Quando la ricerca ha rischiato di scadere senza un buon obiettivo, l'Hubble è stato chiamato in aiuto.

Secondo quello che hai letto sull'attuale generazione di grandi telescopi terrestri che utilizzano l'ottica adattiva, quei telescopi hanno una risoluzione angolare e un'area di raccolta della luce molto più grandi rispetto all'Hubble. Allora perché Hubble era più capace di trovare un buon bersaglio?

modificare
Parte della risposta potrebbe essere che l'attuale generazione di telescopi con ottica adattiva fa solo ottica adattiva nell'infrarosso, almeno se i KBO si osservano meglio nella luce visibile che non conosco, ma l'ho spostato in una domanda separata.

Per quanto riguarda tutti coloro che suggeriscono che la colpa è dell'assorbimento atmosferico, come si quadra con questo: il telescopio Subaru da 8,3 m (che era uno dei telescopi utilizzati nella ricerca a terra) ha un'area di raccolta della luce di 53 m2. L'Hubble ha un'area di raccolta di 4.5m2. Quindi l'assorbimento atmosferico dovrebbe essere del 91,5% per raccogliere la stessa quantità di luce. Sicuramente l'assorbimento atmosferico è alto per alcune lunghezze d'onda infrarosse, ma sicuramente non così alto su tutte le lunghezze d'onda rilevanti.


La grandezza di questi oggetti della fascia di Kuiper è incredibilmente piccola, tanto per cominciare. L'atmosfera distorce normalmente le stelle e disperde la luce anche nelle notti più limpide. Inoltre, questi oggetti più vicini possono essere trovati con il rilevamento a infrarossi. L'atmosfera assorbe molto bene le lunghezze d'onda infrarosse, il che rende le osservazioni spaziali una necessità. Il telescopio Hubble rileva anche l'ultravioletto, il visibile e il vicino infrarosso, rendendolo un telescopio ideale per questi piccoli oggetti della fascia di Kuiper.

Per far fronte all'assorbimento atmosferico, i telescopi terrestri come il telescopio Subaru vengono costruiti sulle montagne in modo che ci sia meno atmosfera da guardare e la possibilità di copertura nuvolosa. Tuttavia, il problema con la ricerca di KBO era che doveva essere fatto in un breve periodo di tempo in modo che New Horizons potesse essere indirizzato ad esso con meno carburante. Hubble è l'ideale per questo perché può guardare gli oggetti nella giusta direzione tutto il giorno, mentre i telescopi terrestri potrebbero farlo solo di notte supponendo che sia una notte abbastanza chiara per vedere quegli oggetti. Normalmente Hubble è riservato ai progetti e alle ricerche scientifiche più esclusive a causa di come la sua qualità dei dati è sorprendente. New Horizons era già costato così tanto che valeva la pena dedicare un po' di tempo alla ricerca della sua prossima destinazione invece dei soli telescopi terrestri.


L'ottica adattiva mitiga solo la turbolenza dell'aria che offusca le immagini - e anche questo è solo un recupero parziale.

Rimangono tutte le altre questioni. L'aria assorbe varie lunghezze d'onda. L'aria ha una certa quantità di bagliore proveniente da varie fonti (inquinamento luminoso, ecc.) che maschera gli oggetti deboli. Eccetera.

Non esiste un vero sostituto per un grande telescopio che opera nel vuoto.


Questo articolo [1] suggerisce che uno dei vantaggi che Hubble e altri telescopi spaziali hanno è che possono fotografare meglio oggetti molto deboli perché non hanno a che fare con il bagliore atmosferico. L'ottica adattiva non aiuta in questo e un'area di raccolta più ampia raccoglie anche più bagliore di sfondo. Anche il bagliore atmosferico è più intenso nell'infrarosso che nella luce visibile.

Altre differenze elencate: i telescopi terrestri non possono effettuare misurazioni di luminosità altrettanto accurate a causa della turbolenza atmosferica (AO apparentemente non aiuta in questo); i telescopi da terra possono avere una migliore risoluzione angolare grazie alle dimensioni maggiori; i telescopi terrestri possono utilizzare spettrografi più grandi, più pesanti e migliori di quelli pratici nei veicoli spaziali.

[1] Introduzione all'ottica adattiva e alla sua storia, Claire Max, al Center for Adaptive Optics, California, 2001


Penso che tu abbia colto nel segno nella tua domanda. I KBO sono visti nella luce solare riflessa e sono incredibilmente deboli, poiché la quantità di luce riflessa che raggiunge la terra è pari alla quarta potenza inversa della loro distanza da noi (vedi la mia risposta a questa domanda sul tentativo di visualizzare gli oggetti delle nuvole di Oort).

Per vedere tali oggetti sono necessarie osservazioni di immagini profonde con bassi livelli di contaminazione di fondo. Questo sfondo è ridotto al minimo avendo immagini con una funzione di diffusione del punto estremamente piccola (PSF) - il tipo di PSF che può essere ottenuto solo da telescopi spaziali o telescopi terrestri che utilizzano ottiche adattive.

Tuttavia, lo spettro solare ovviamente ha un forte picco nella regione del visibile e i sistemi ottici adattativi a terra non sono efficaci in questo intervallo di lunghezze d'onda (l'AO a terra funziona nel vicino infrarosso, ma oltre al fatto che i KBO sono intrinsecamente più deboli a a queste lunghezze d'onda c'è anche il problema del rumore di fondo contribuito sia dall'atmosfera terrestre che dal telescopio stesso). Pertanto, il telescopio spaziale Hubble è lo strumento preferito.


Sospetto che sia una combinazione di due cose:

  1. Imaging stabile e ad alta risoluzione garantito sull'intero campo visivo, cosa non possibile con l'ottica adattiva a terra;

  2. Sfondo molto basso nell'ottica per HST (Hubble), rispetto a uno sfondo molto elevato per l'AO a terra nel vicino infrarosso.

La maggior parte dei sistemi ottici adattivi è in grado di correggere solo in una piccola regione (la "pappa isoplanatica") attorno a una "stella guida" luminosa (diciamo, mezzo minuto d'arco al massimo); anche con le stelle guida laser artificiali, è comunque necessaria una stella guida moderatamente luminosa per la cosiddetta correzione "tip-tilt". Ciò significa che puoi eseguire ricerche con l'ottica adattiva solo in parti limitate del cielo.

HST, d'altra parte, offre immagini ad alta risoluzione in tutto il suo intero campo visivo (diversi minuti d'arco di larghezza), sempre, indipendentemente da dove è puntato.

A peggiorare le cose, la traiettoria di New Horizons è vicina al piano galattico, quindi ce ne sono molti svenire stelle di sfondo. Ciò rende più difficile individuare possibili oggetti della fascia di Kuiper, creando una funzione di diffusione del punto molto precisa e stabile (come quella di HST) ancora più importante.

Queste ricerche vengono eseguite meglio nell'ottica, per ridurre al minimo lo sfondo del cielo. L'assenza di bagliore atmosferico del cielo (per lo più luce diffusa dal Sole e dalla Luna) per HST rende più facile rilevare rapidamente fonti deboli come i KBO. Il fatto che i sistemi di ottica adattiva, come notate tu e Rob Jeffries, funzionino quasi interamente nel vicino infrarosso, dove lo sfondo atmosferico è molto più alto, rende le cose ancora peggiori per loro.