Astronomia

Telescopi regionali a infrarossi

Telescopi regionali a infrarossi

Perché abbiamo bisogno di costruire telescopi in grado di vedere nell'infrarosso? Cosa dobbiamo vedere esattamente nella regione dell'infrarosso? So che questa sembra una domanda molto ampia, ma sono solo curioso.


Tre ragioni principali.

  1. Molte cose nell'universo sono fresche, molto più fredde del Sole. Pertanto emettono la maggior parte della loro radiazione nello spettro infrarosso. Gli esempi potrebbero includere nane brune, esopianeti giganti, dischi circumstellari.

  2. Molte cose nell'universo sono distanti e altamente spostate verso il rosso. Quindi, anche se emettono la loro radiazione a lunghezze d'onda visibili, noi la riceviamo a lunghezze d'onda infrarosse.

  3. Molte cose nell'universo sono nascoste dalla polvere, che assorbe efficacemente la luce visibile. La polvere è molto più trasparente alla radiazione infrarossa, quindi possiamo vedere oltre. Un esempio potrebbe essere il centro della nostra Galassia.


Tutti gli oggetti con temperatura superiore allo zero assoluto emettono radiazioni elettromagnetiche. La radiazione elettromagnetica si riferisce allo spettro di onde che trasportano energia radiante elettromagnetica attraverso il campo elettromagnetico. Le onde radio, le microonde, gli infrarossi, la luce visibile, gli ultravioletti, i raggi X e i raggi gamma fanno tutti parte di questo spettro.

Ogni giorno interagiamo con le radiazioni elettromagnetiche. La luce visibile è il tipo più ovvio di radiazione elettromagnetica. Interagiamo anche con la radiazione infrarossa, ma è percepita e non vista. La ragione per cui l'infrarosso è invisibile ai nostri occhi è che i fotoni infrarossi hanno energie inferiori a quelle della luce visibile.

Tutti i tipi di oggetti emettono radiazioni infrarosse. Nebulose, giovani stelle e altre galassie emettono tutte questa radiazione, ed è con il telescopio a infrarossi che gli scienziati trovano questi oggetti in lontananza.
La radiazione infrarossa richiede un tipo speciale di telescopio poiché non è visibile. Di conseguenza, i telescopi ottici non saranno in grado di mostrarti la radiazione infrarossa.


Informazioni importanti sui telescopi a infrarossi per la visione notturna

Cosa sono i telescopi per la visione notturna?

I telescopi per la visione notturna sono quelli che offrono un'ottima visione notturna ma richiedono comunque una sorta di fonte di luce per riflettere l'immagine dell'oggetto che si desidera osservare. Ciò significa che non puoi usarli al buio perché non funzioneranno.

Cosa sono i telescopi a infrarossi?

I telescopi a infrarossi, d'altra parte, possono fornirti la visione perfetta di ciò che ti circonda sia di giorno che di notte. A causa della luce a infrarossi incorporata, questi telescopi non richiedono alcuna altra fonte di luce per fornire la vista più bella.

Qual è la scelta migliore?

Per decidere quale sia la scelta migliore per te devi pensare ad alcune cose. Prima di tutto, devi sapere per cosa intendi utilizzare il telescopio. Ad esempio, se ti piace osservare l'ambiente circostante durante il giorno, un normale telescopio per la visione notturna andrà bene. Tuttavia, se ti piace cacciare di notte, un telescopio a infrarossi è la scelta migliore.

Quanto costano i telescopi a infrarossi per la visione notturna?

I telescopi per la visione notturna sono di solito un po' più economici ma offrono comunque molte caratteristiche utili come il design impermeabile, il doppio fuoco, l'obiettivo completamente rivestito, ecc. I telescopi a infrarossi sono un po' più costosi ma hanno molte caratteristiche utili come l'elevata risoluzione di contatto, il forte potere di ingrandimento , perfetta visione notturna, ecc.


Telescopi regionali a infrarossi - Astronomia

Vengono delineate le caratteristiche dell'astronomia a infrarossi, inclusa la capacità di rilevare la materia fredda, esplorare l'universo nascosto, rivelare una ricchezza di linee spettrali e risalire all'inizio del tempo. Vengono discusse le osservazioni a infrarossi da terra come le osservazioni nella regione dell'infrarosso termico, nonché le osservazioni che utilizzano i telescopi a infrarossi a bordo degli aerei della NASA e dei telescopi orbitanti. Vengono descritti lo Space Infrared Telescope Facility e l'Osservatorio stratosferico per l'astronomia a infrarossi e viene sottolineato che gli astronomi a infrarossi possono penetrare la polvere oscura per studiare le stelle e la materia interstellare in tutta la galassia della Via Lattea. Viene enfatizzata l'applicazione di vari strumenti a infrarossi per l'indagine di stelle e pianeti, e l'attenzione è posta sulla scoperta di nuvole o dischi di particelle attorno a stelle mature e l'acquisizione di spettri ad alta risoluzione dei materiali gassosi e solidi che orbitano ai margini del sistema solare.


Descrizione del libro

Scopri i segreti dell'universo nascosti a lunghezze d'onda oltre il nostro sguardo ottico

La scoperta della luce infrarossa da parte di William Herschel nel 1800 portò allo sviluppo dell'astronomia a lunghezze d'onda diverse da quelle ottiche. Infrared Astronomy – Seeing the Heat: da William Herschel all'Herschel Space Observatory esplora il lavoro in astronomia che si basa sulle osservazioni nell'infrarosso. L'autore David L. Clements, un illustre scrittore accademico e di fantascienza, approfondisce il funzionamento dell'universo, dai pianeti del nostro Sistema Solare all'universo nel suo insieme.

Il libro presenta innanzitutto i principali telescopi nel mondo dell'astronomia infrarossa osservativa, spiega come la luce infrarossa viene rilevata attraverso vari tipi di telescopi e descrive i problemi pratici che inviano gli astronomi a infrarossi sulle cime delle montagne e i loro telescopi in orbita e oltre. Gran parte del libro si concentra su ciò che gli astronomi dell'infrarosso trovano nelle loro osservazioni. Scoprirai cosa rivela l'astronomia a infrarossi sui pianeti, le lune e altri corpi che costituiscono la formazione stellare del nostro Sistema Solare e l'evoluzione stellare, i processi che modellano le galassie, l'energia oscura e la materia oscura.

L'astronomia a infrarossi ha rivoluzionato la nostra comprensione dell'universo ed è diventata essenziale nello studio della cosmologia. Accessibile agli astronomi dilettanti, questo libro presenta una panoramica della scienza e della tecnologia associate all'astronomia a infrarossi. Con figure a colori, ti mostra come l'astronomia a infrarossi fornisce approfondimenti sul funzionamento dell'universo che non sono disponibili ad altre lunghezze d'onda.


Astronomia a infrarossi

Possiamo vedere le onde luminose visibili ma ci sono forme di luce che non possiamo vedere. possiamo vedere solo una piccolissima parte dell'intera gamma di radiazioni chiamata spettro elettromagnetico.

Lo spettro elettromagnetico include raggi gamma, raggi X, ultravioletti, visibili, infrarossi, microonde e onde radio. La differenza tra questi diversi tipi di radiazioni è la loro lunghezza d'onda o frequenza.

L'infrarosso è suddiviso in tre categorie: vicino, medio e lontano infrarosso. Il vicino infrarosso si riferisce alla parte dello spettro infrarosso più vicina alla luce visibile e l'infrarosso lontano si riferisce alla parte più vicina alla regione delle microonde. Il medio infrarosso è la regione tra questi due.

Il vicino infrarosso si comporta in modo molto simile alla luce visibile e può essere rilevato utilizzando dispositivi a stato solido simili. Per questo motivo, la regione del vicino infrarosso dello spettro è comunemente incorporata come parte dello spettro "ottico", insieme al vicino ultravioletto. Molti telescopi ottici, come quelli dell'Osservatorio Keck, operano efficacemente nel vicino infrarosso e nelle lunghezze d'onda visibili. Il lontano infrarosso si estende a lunghezze d'onda submillimetriche, che vengono osservate da telescopi come il James Clerk Maxwell Telescope dell'Osservatorio di Mauna Kea.


Le cupole dell'osservatorio Keck in cima al Mauna Kea

Il telescopio spaziale Spitzer è un osservatorio spaziale a infrarossi lanciato nel 2003. È il quarto e ultimo del programma Great Observatories della NASA.


Queste immagini sono tra le prime ad essere scattate durante la missione "calda" di Spitzer, dopo che il telescopio spaziale ha esaurito il refrigerante. A sinistra c'è una nuvola, nota come DR22, che esplode con nuove stelle nella regione del cielo del Cigno. L'immagine in alto a destra mostra una galassia relativamente calma chiamata NGC 4145. L'immagine finale in basso a destra mostra una stella morente chiamata NGC 4361.

Questa immagine della nebulosa di Orione scattata dallo Spitzer Space Telescope della NASA mostra la posizione della stella neonata HOPS-68, che uno studio del 2011 rivela essere soggetta a una pioggia di cristalli di minerali di olivina.


Il telescopio Jamieson illuminerà l'universo a infrarossi per gli astrofili

L'Osservatorio Steward dell'Università dell'Arizona è stato dotato di un telescopio a infrarossi avanzato che è unico perché verrà utilizzato principalmente dagli studenti e da quelli degli UA Astronomy Camps.

Gli acclamati UA Astronomy Camps sono apprezzati a livello internazionale da giovani e adulti che includono leader di Girl Scout di tutta la nazione. Studieranno l'universo utilizzando un telescopio a infrarossi di "classe di ricerca" veramente professionale a loro disposizione per la prima volta sul Monte Lemmon nelle montagne di Santa Catalina a circa 45 miglia a nord del campus dell'UA a Tucson, in Arizona.

Il telescopio riflettore da 20 pollici è dotato di un rivelatore a infrarossi all'avanguardia da 256 x 256 pixel al mercurio-cadmio-tellurio. È lo stesso tipo di rilevatore a infrarossi che gli scienziati dell'UA hanno sviluppato per la telecamera a infrarossi che vola sul telescopio spaziale Hubble. La luce infrarossa ha lunghezze d'onda più lunghe della luce visibile. È la luce emessa sotto forma di calore da un fornello su un fornello da cucina. Ed è la luce emessa da oggetti lontani e molto indietro nel tempo, vicino all'inizio dell'universo.

Il Jamieson Telescope ha anche un CCD a luce visibile (dispositivo ad accoppiamento di carica). Grazie a un divisore di fascio, il rilevatore di luce visibile da 1.000 x 1.600 pixel può essere utilizzato con il rilevatore a infrarossi per fotografare contemporaneamente un oggetto a lunghezze d'onda visibili e infrarosse.

Il compianto John Jamieson ha lavorato a stretto contatto con gli astronomi dell'UA nello sviluppo del suo telescopio. Jamieson ha costruito il telescopio sull'isola di Orcas, nello stato di Washington, nel suo Heron Cover Observatory. Lo ha usato nelle ricerche di asteroidi e negli studi di cose come stelle nane rosse, stelle di piccola massa e pianeti. Dopo la morte di Jamieson nel 1999, la sua vedova, Barbara, e la sua famiglia hanno donato il telescopio allo Steward Observatory di UA. La famiglia Jamieson, gli amici e gli astronomi dell'UA hanno dedicato il John Jamieson Telescope alle cerimonie sulla vetta di 9.160 piedi del Monte Lemmon il 29 ottobre.

John Jamieson, un pioniere dei rivelatori a infrarossi, "era appassionatamente interessato all'astronomia", ha detto il direttore dell'Osservatorio Steward Peter Strittmatter durante la cerimonia. "Il dottor Jamieson aveva molti contatti con l'Osservatorio Steward e ha fatto regali significativi per assistere i nostri studenti laureati".

"Il John Jamieson Telescope ci consente di espandere il nostro raggio d'azione educativo oltre le lunghezze d'onda visibili, nell'infrarosso", ha affermato l'astronomo UA Donald McCarthy. "Gli studenti sperimentano un mondo completamente nuovo quassù, dove possono vedere 100 miglia in tutte le direzioni e il cielo è molto chiaro. Quello che fanno gli studenti con questi telescopi è davvero sorprendente e fonte di ispirazione per loro".

McCarthy ha diretto gli UA Astronomy Camps sul Monte Lemmon negli ultimi 18 anni. I campeggiatori sono immersi nell'avventura della vita reale di fare astronomia. Diventano "astronomi ospiti" che usano telescopi professionali da 12 pollici, 40 pollici, 60 pollici e 61 pollici sulla montagna di notte e dormono nei dormitori degli astronomi durante il giorno.

I leader delle Girl Scout hanno iniziato ad allenarsi anche come astronomi ospiti, nel 2003, dopo che la NASA ha selezionato la proposta della professoressa di astronomia UA Marcia Rieke di costruire una telecamera nel vicino infrarosso chiamata NIRCam per il lancio sul James Webb Space Telescope nel 2013. McCarthy ha proposto e dirige il milione di dollari. , 10 anni di istruzione e impegno pubblico di sensibilizzazione che fa parte del progetto NIRCam da 90 milioni di dollari.

La missione scientifica del James Webb Space Telescope è trovare i primi oggetti che emettono luce che si sono formati nell'universo primordiale subito dopo il Big Bang, circa 13 miliardi di anni fa, ha detto McCarthy. Il programma educativo e di sensibilizzazione del pubblico di NIRCam è progettato per aiutare il pubblico a comprendere le immagini della prima luce nell'universo, ha aggiunto.

Il collegamento del programma di sensibilizzazione di NIRCam alle Girl Scout potrebbe potenzialmente raggiungere migliaia di leader adulti e milioni di ragazze nei 317 consigli dell'organizzazione. Il Jamieson Telescope sarà fondamentale nell'addestramento dei leader Girl Scout che, a loro volta, insegneranno ad altri leader Girl Scout a fare osservazioni a infrarossi.

Quelli della dedicazione del Jamieson Telescope stanno promuovendo il sito di astronomia del Monte Lemmon "come un posto dove venire a studiare, imparare e cambiare la tua vita", ha detto Barbara Jamieson. "L'unico nipote di John è una bambina, e penso che sia semplicemente meraviglioso che le donne, e le Girl Scout, possano allenarsi qui per diventare scienziati. Vorrei che John fosse qui. Ne sarebbe entusiasta."

"La nostra speranza è di costruire un meraviglioso centro scientifico quassù che sarà utilizzato non solo da centinaia, ma da migliaia di persone ogni anno", ha affermato Nick Hanauer, un uomo d'affari di successo con sede a Seattle attivo nel sistema educativo dello stato di Washington.

Hanauer, che ha frequentato per la prima volta un campo di astronomia per adulti UA nel 2001, sta aiutando lo sviluppo del sito di osservazione del Monte Lemmon di 25 acri in un centro di ricerca e istruzione scientifica di livello mondiale autosufficiente. "Stiamo lavorando duramente per rendere questo luogo un centro scientifico per ricercatori professionisti, per dilettanti che vengono per un'esperienza di scienza astronomica e affinché i bambini imparino la scienza in un modo meraviglioso".

Il responsabile delle operazioni dell'Osservatorio Catalina Bob Peterson e il suo team hanno spostato il telescopio (senza la cupola) da Orcas Island al Monte Lemmon nell'agosto 2002. Peterson e il suo equipaggio hanno recentemente gettato le fondamenta in cemento per la cupola del telescopio, assemblato una cupola in alluminio di 18 piedi di diametro e pavimento installato e cablaggio elettrico.

L'astronomo dell'UA Laird Close ha acquistato una nuova cupola per telescopio e un moderno controller per fotocamera a infrarossi computerizzata con $ 105.000 dal suo premio da $ 545.000 per lo sviluppo della carriera della National Science Foundation (NSF) nel 2004. Dati i pesanti investimenti dell'NSF nell'astronomia a infrarossi professionale, Close ha affermato: "Sarà essere una grande risorsa per la divulgazione astronomica degli Stati Uniti e gli sforzi educativi per avere almeno un telescopio a infrarossi dedicato alla "classe di ricerca" completamente dedicato alla divulgazione". Il premio NSF di Close supporta la sua ricerca per rilevare direttamente i pianeti intorno a giovani stelle vicine.

Cinque Astronomy Camper hanno conseguito dottorati in astronomia negli ultimi 18 anni e altri sono in arrivo, ha osservato McCarthy. Ma la formazione di astronomi professionisti non è l'obiettivo dei campi, ha aggiunto: "Il nostro obiettivo più importante è quello di formare persone che apprezzano la scienza, che sanno fare aritmetica, che sanno cos'è la ricerca di base, che vedono il valore di tale ricerca nelle nostre vite. I nostri campeggiatori sono andati ovunque - medicina, fisica, astronomia, legge, psichiatria, gestione alberghiera - pensiamo che siano persone migliori come risultato del venire ai campi, e hanno una lunga e duratura apprezzamento significativo per la scienza".

I campi di astronomia per adolescenti e adulti che includono leader di Girl Scout riflettono una filosofia del "pagare in avanti", ha detto McCarthy. "Anche un piccolo investimento ora nella vita di uno studente di scuola media può ripagare. È semplicemente incredibile cosa può diventare uno di questi studenti in 10 anni".

Il Monte Lemmon è stato un sito pionieristico per l'astronomia a infrarossi. Il defunto Gerard Kuiper, un eminente astronomo planetario che fondò il Lunar and Planetary Laboratory dell'UA nel 1960, si assicurò un contratto di locazione a lungo termine dal Servizio forestale degli Stati Uniti in modo che l'università potesse stabilire la sua stazione di ricerca astronomica e educazione scientifica nella foresta nazionale di Coronado.

Frank J. Low, professore emerito del Regents of Steward Observatory, era tra coloro che Kuiper assunse alla UA. Low è considerato il padre della moderna astronomia a infrarossi perché ha sviluppato un rilevatore di bassa temperatura che ha permesso agli astronomi di osservare tutto lo spettro infrarosso. Gli studenti laureati che hanno sviluppato le tecniche e le tecnologie di osservazione sul Monte Lemmon alcuni decenni fa includono Marcia Rieke e altri che dirigono progetti di astronomia a infrarossi di livello mondiale.


Passaggio della torcia a infrarossi infrared

Pochi panorami cosmici eccitano l'immaginazione come la Nebulosa di Orione, un immenso vivaio stellare a circa 1.500 anni luce di distanza. Questa splendida vista a falsi colori copre circa 40 anni luce in tutta la regione, costruita utilizzando i dati a infrarossi del telescopio spaziale Spitzer. NASA/JPL-Caltech

Spitzer sta ora concludendo le sue operazioni scientifiche. Le sue operazioni finali saranno il 30 gennaio, dopo di che il telescopio sarà dismesso.

Tuttavia, non resteremo a lungo senza un telescopio a infrarossi. Il successore di Spitzer sarà il James Webb Space Telescope. Il James Webb ha subito gravi ritardi, ma si stanno facendo progressi durante i test. L'obiettivo è lanciare il telescopio a marzo del prossimo anno, quando potrà utilizzare i suoi rilevatori a infrarossi per analizzare i dati a infrarossi in modo simile a come ha fatto Spitzer.

Dopo aver assemblato con successo l'intero osservatorio del telescopio spaziale James Webb della NASA, i tecnici e gli ingegneri sono passati a dispiegare e tendere completamente tutti e cinque gli strati del suo parasole delle dimensioni di un campo da tennis, progettato per mantenere le sue ottiche e i sensori all'ombra e lontano da interferenze. NASA/Chris Gunn

Spitzer ha anche ispirato il sistema di raffreddamento di James Webb, che raffredderà i componenti utilizzando un parasole delle dimensioni di un campo da tennis. Il prossimo telescopio sarà in grado di vedere ancora più lontano nello spazio, essendo circa 1.000 volte più potente di Spitzer.

"Abbiamo molte nuove domande da porre sull'universo a causa di Spitzer", ha affermato Michael Werner, scienziato del progetto Spitzer presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, in California. “È molto gratificante sapere che è in arrivo un insieme così potente di funzionalità per dare seguito a ciò che siamo stati in grado di iniziare con Spitzer.


Che cos'è l'astronomia a infrarossi?

Il calore che sentiamo dal nostro Sole o da un caminetto è radiazione infrarossa (energia termica). Anche gli oggetti che riteniamo molto freddi, come i cubetti di ghiaccio, emettono energia termica. Misurare l'energia infrarossa da oggetti astronomici è difficile perché la maggior parte di essa è bloccata dall'atmosfera terrestre. Pertanto, la maggior parte degli astronomi all'infrarosso usa i telescopi spaziali per studiare l'emissione termica degli oggetti celesti.

L'astronomia a infrarossi è la rilevazione e lo studio della radiazione infrarossa (energia termica) emessa dagli oggetti nell'Universo. Ogni oggetto che ha una temperatura irradia nell'infrarosso. Quindi, l'astronomia a infrarossi coinvolge lo studio di quasi tutto nell'Universo. Nel campo dell'astronomia, la regione dell'infrarosso rientra nell'intervallo di sensibilità dei rivelatori a infrarossi, che è compreso tra lunghezze d'onda di circa 1 e 300 micron (un micron è un milionesimo di metro). L'occhio umano rileva solo l'1% della luce a 0,69 micron e lo 0,01% a 0,75 micron, quindi non può effettivamente vedere lunghezze d'onda superiori a circa 0,75 micron a meno che la sorgente luminosa non sia estremamente brillante.

L'Universo ci invia un'enorme quantità di informazioni sotto forma di radiazione elettromagnetica (o luce). Molte di queste informazioni sono nell'infrarosso, che non possiamo vedere con i nostri occhi o con i telescopi a luce visibile. Solo una piccola quantità di queste informazioni a infrarossi raggiunge la superficie terrestre, ma studiando questa piccola gamma di lunghezze d'onda infrarosse, gli astronomi hanno scoperto una grande quantità di nuove informazioni.

Nello spazio, ci sono molte regioni che sono nascoste ai telescopi ottici perché sono immerse in regioni dense di gas e polvere. Tuttavia, le radiazioni infrarosse, avendo lunghezze d'onda molto più lunghe della luce visibile, possono attraversare regioni polverose dello spazio senza essere disperse. Ciò significa che possiamo studiare oggetti nascosti da gas e polvere nell'infrarosso, che non possiamo vedere nella luce visibile, come il centro della nostra galassia e le regioni delle stelle di nuova formazione.

SOFIA ha la capacità unica di volare sopra la maggior parte del vapore acqueo che assorbe gli infrarossi nella nostra atmosfera e quindi consente una qualità dell'immagine superiore e sensibilità di osservazione nella regione IR.


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