¿Por qué las longitudes de onda más cortas que la luz visible son descuidadas por los nuevos telescopios?

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El diagrama a continuación, que robé de esta publicación por @ HDE226868, muestra que la resolución angular en función de la longitud de onda cae repentinamente en tres órdenes de magnitud desde la luz visible hasta la luz UV. La resolución de longitudes de onda más cortas que las que detecta el interferómetro del telescopio muy grande o el telescopio extremadamente grande europeo, en el UV cercano, se corta repentinamente a un factor de mil.

Obviamente, esto se debe a las propiedades de la atmósfera de la Tierra. Pero los principales telescopios espaciales como el JWST y el WFIRST llenarán el vacío del infrarrojo lejano. ¿Por qué no hay telescopios espaciales tan ambiciosos planeados para UV y longitudes de onda más cortas? (¿O el corte repentino en ese diagrama es engañoso?)

¿Es porque es más difícil, incluso desde observatorios en el espacio, o es porque la resolución angular de los rayos UV y las longitudes de onda más cortas son de menor valor científico?

— LocalFluff
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No son algunas cuestiones tecnológicas para resolver con poner cualquier telescopio de gran tamaño en el espacio - y se requiere un telescopio espacial en longitudes de onda UV. No es posible optimizar tal instrumento para trabajar en ambas longitudes de onda UV e IR debido a problemas como enfriamiento, revestimientos de espejo y tal-como. El límite de resolución angular simple de un telescopio va $\lambda/D$ , por lo tanto, para obtener una resolución equivalente a un telescopio óptico, un telescopio UV puede ser más pequeño. Sin embargo, también debe tener una óptica que sea buena para una pequeña fracción de longitud de onda, mucho mejor que la visible / IR. Incluso a longitudes de onda más cortas, la "óptica" convencional no funciona porque los fotones se absorben y se pasa a las tecnologías de incidencia de pastoreo de los telescopios de rayos X, que es un juego completamente diferente y mucho más difícil de lograr una resolución angular dada.

Dado todo eso, en los años 80/90 supongo que se tomó una decisión sobre el rango de longitud de onda que debe cubrir el sucesor de HST (es decir, JWST a un costo de aproximadamente 10 mil millones de dólares). La verdadera razón por la que no hay un gran sucesor UV a HST o IUE está listo para funcionar ahora es simplemente que se considera que las prioridades científicas más importantes se pueden lograr en longitudes de onda IR cercanas y medias. Estos son: observar el universo de alto desplazamiento al rojo (esencialmente no se detecta luz UV de las galaxias más allá de un desplazamiento al rojo de 3), observar la formación de estrellas y planetas (principalmente en entornos polvorientos donde la luz UV no puede emerger y los discos protoplanetarios emiten principalmente en longitudes de onda IR) y hacer Ciencia exoplanetaria (los planetas son más fríos que las estrellas y emiten principalmente en el IR).

Por lo tanto, no creo que haya un gran adelanto tecnológico para un gran telescopio UV (al menos el equivalente de JWST), solo se reduce a las prioridades científicas.

— Rob Jeffries
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La interferometría es más difícil en longitudes de onda más cortas, especialmente en el espacio, ¿es eso un factor? ¿Y hay una frontera de interferometría empujada hacia los rayos UV por el desarrollo tecnológico?

— LocalFluff

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@LocalFluff Hay algunos interferómetros ópticos a pequeña escala, pero nada en las longitudes de onda UV. Sí, se vuelve mucho más difícil en longitudes de onda más cortas porque el problema de metrología se vuelve mucho más difícil.

— Rob Jeffries

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Tiene razón en que la caída brusca es simplemente porque hay muy pocos telescopios principales planificados que operen en el rango UV, mientras que hay un número considerable planeado en el rango infrarrojo. Como mencioné en mi respuesta a la que se vinculó, CHARA y EELT , dos de los principales proyectos infrarrojos / visibles planificados, utilizarán una nueva tecnología de óptica adaptativa, lo que los hará muy superiores a los telescopios anteriores, aunque estén en tierra.

Obviamente, los telescopios UV no pueden ser terrestres, porque la atmósfera de la Tierra bloquea una cantidad sustancial de radiación UV. Por lo tanto, cualquier mejora sustancial en la astronomía ultravioleta requerirá una nueva misión espacial. El problema es que las estimaciones para aumentos incluso modestos requieren espejos mucho más grandes. Los defensores de las propuestas del Telescopio Espacial de Gran Apertura de Tecnología Avanzada (ATLAST) dicen que se necesita un telescopio de 8 metros, como mínimo, para obtener buenos resultados en longitudes de onda de 0,11 a 2,5 m. Eso es mucho más grande que HST o JWST, ¡y ATLAST podría crecer hasta 16 metros! $\mu$

Si se persigue ATLAST o un proyecto similar, la resolución angular en las longitudes de onda UV podría ser del orden de 0.1 segundos de arco o, con suerte, menor. Eso coincidiría y luego vencería al Hubble. Pero las primeras estimaciones sitúan el costo en $ 4.5 mil millones para la versión de 8 m, y Hubble y otros telescopios espaciales han sido famosos por los aumentos de costos imprevistos. Es posible que se necesiten zancadas más pequeñas antes de que podamos llegar a 8 metros, y ciertamente antes de que podamos acercarnos a 16. Eso tomará un tiempo, probablemente dentro de una década o más.

Referencias

— HDE 226868
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Pero un telescopio IR necesita una súper refrigeración engorrosa para observar cualquier cosa menos a sí mismo. Supongo que un telescopio UV no lo necesitaría tanto. Los telescopios espaciales de longitud de onda corta hasta ahora han tenido aperturas bastante pequeñas. Chandra mide aproximadamente un metro, ¿verdad? ¿No funcionaría un telescopio UV del tamaño de Hubble? (Y me parece sorprendente que CUALQUIER COSA pueda costar $ 4.5 mil millones. Es como en una Saga de lo que los duendes en sus cuevas exigen al emperador para crear su corona de oro y diamantes robados del Diablo ". Espejos espejos en los cielos, ¡cuéntanos qué oculta la oscuridad! ")

— LocalFluff

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@LocalFluff Ese ya no es el caso, especialmente en órbita con un buen escudo solar. Y construir y alinear la óptica de un telescopio UV es muy difícil simplemente porque la longitud de onda es de 2 a 5 veces más corta que para el IR cercano, y las superficies deben ser lisas a una fracción de lambda.

— Carl Witthoft

@LocalFluff Más o menos lo que dijo Carl.

— HDE 226868