¿Por qué el Hubble (pequeño) fue más capaz de encontrar objetivos KBO para New Horizons que los grandes telescopios de tierra con óptica adaptativa?

Cuando las búsquedas iniciales de un objeto del Cinturón de Kuiper para que New Horizons volara después de pasar a Plutón no encontraron buenos objetivos, se utilizó el telescopio Hubble, y resultó en el sobrevuelo objetivo actual para 2019. Las búsquedas iniciales utilizaron telescopios terrestres. Cuando la búsqueda corría el riesgo de quedarse sin tiempo sin un buen objetivo, el Hubble fue llevado para ayudar.

De acuerdo con lo que leyó sobre la generación actual de telescopios terrestres grandes que utilizan ópticas adaptativas, esos telescopios tienen una resolución angular mucho mayor y un área de reunión de luz que el Hubble. Entonces, ¿por qué el Hubble era más capaz de encontrar un buen objetivo?

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Parte de la respuesta puede ser que la generación actual de telescopios de óptica adaptativa solo hace óptica adaptativa en infrarrojo , al menos si los KBO se observan mejor en luz visible, lo que no sé, pero lo he trasladado a una pregunta separada .

En cuanto a todos los que sugieren que la absorción atmosférica es la culpable, ¿cómo encaja eso con esto ?: El telescopio Subaru de 8,3 m (que era uno de los telescopios utilizados en la búsqueda terrestre) tiene un área de recolección de luz de 53m2. El Hubble tiene un área de recolección de 4.5m2. Por lo tanto, la absorción atmosférica debería ser del 91,5% para que puedan recoger la misma cantidad de luz. La absorción atmosférica segura es alta para algunas longitudes de onda infrarrojas, pero seguramente no es tan alta en todas las longitudes de onda relevantes.

Sospecho que es una combinación de dos cosas:

1. Imágenes de alta resolución estables y garantizadas en todo el campo de visión, algo que no es posible con una óptica adaptativa basada en tierra;

2. Fondo muy bajo en la óptica para HST (Hubble), en comparación con un fondo muy alto para AO en tierra en el infrarrojo cercano.

La mayoría de los sistemas de óptica adaptativa solo pueden corregir en una región pequeña (el "parche isoplanático") alrededor de una "estrella guía" brillante (por ejemplo, medio minuto de arco de radio como máximo); incluso con estrellas de guía láser artificiales, aún necesita una estrella de guía moderadamente brillante para la corrección de "inclinación de punta". Esto significa que solo puede realizar búsquedas de óptica adaptativa en partes limitadas del cielo.

HST , por otro lado, ofrece imágenes de alta resolución en todo su campo de visión (varios minutos de arco), todo el tiempo, independientemente de dónde esté apuntando.

Para empeorar las cosas, la trayectoria de New Horizons está cerca del plano galáctico, por lo que hay muchas estrellas débiles de fondo. Esto hace que sea más difícil seleccionar posibles objetos del cinturón de Kuiper, lo que hace que una función de dispersión de puntos muy precisa y estable (como la de HST ) sea aún más importante.

Estas búsquedas se realizan mejor en la óptica, para minimizar el fondo del cielo. La ausencia de brillo del cielo atmosférico (principalmente luz dispersa del Sol y la Luna) para HST hace que sea más fácil detectar rápidamente fuentes débiles como KBO. El hecho de que los sistemas de óptica adaptativa, como notaron usted y Rob Jeffries, funcionan casi por completo en el infrarrojo cercano, donde el fondo atmosférico es mucho más alto, lo hace aún peor para ellos.

La óptica adaptativa solo mitiga la turbulencia del aire que difumina las imágenes, e incluso eso es solo una recuperación parcial.

Todos los demás problemas permanecen. El aire absorbe varias longitudes de onda. El aire tiene una cierta cantidad de resplandor de varias fuentes (contaminación lumínica, etc.) que enmascara los objetos débiles. Etc.

No existe un sustituto real para un gran telescopio que funciona en vacío.

Creo que has dado en el clavo en tu pregunta. Los KBO se ven a la luz del sol reflejada y son increíblemente débiles, ya que la cantidad de luz reflejada que llega a la tierra es la cuarta potencia inversa de su distancia de nosotros (vea mi respuesta a esta pregunta sobre cómo tratar de ver los objetos de la nube de Oort).

Para ver tales objetos se requieren observaciones de imágenes profundas con bajos niveles de contaminación de fondo. Ese fondo se minimiza al tener imágenes con una función de dispersión de punto (PSF) extremadamente pequeña, el tipo de PSF que solo se puede lograr con telescopios espaciales o telescopios terrestres que utilizan ópticas adaptativas.

Sin embargo, el espectro solar, por supuesto, tiene un pico máximo en la región visible y los sistemas de óptica adaptativa basados ​​en tierra no son efectivos en este rango de longitud de onda (AO basado en tierra funciona en el infrarrojo cercano, pero además de que los KBO son intrínsecamente más débiles en En estas longitudes de onda también está el problema del ruido de fondo aportado tanto por la atmósfera de la Tierra como por el propio telescopio). Por lo tanto, el telescopio espacial Hubble es el instrumento de elección.

La magnitud de estos objetos del cinturón de Kuiper es increíblemente pequeña, para empezar. La atmósfera distorsiona las estrellas normalmente y dispersa la luz incluso en las noches más claras. Además de eso, estos objetos más cercanos se pueden encontrar con detección infrarroja. La atmósfera absorbe las longitudes de onda infrarrojas extremadamente bien, lo que hace que las observaciones basadas en el espacio sean una necesidad. El telescopio Hubble también detecta ultravioleta, visible e infrarrojo cercano, lo que lo convierte en un telescopio ideal para estos pequeños objetos del cinturón de Kuiper.

Para lidiar con la absorción atmosférica, los telescopios terrestres, como el telescopio Subaru, se construyen en las montañas para que haya menos atmósfera para mirar y la posibilidad de que haya nubes. Sin embargo, el problema con la búsqueda de KBO era que tenía que hacerse en un corto período de tiempo para que New Horizons pudiera dirigirse a él con menos combustible. El Hubble es ideal para eso porque puede mirar los objetos en la dirección correcta todo el día, mientras que los telescopios terrestres solo pueden hacerlo por la noche, suponiendo que sea una noche lo suficientemente clara como para ver esos objetos. Normalmente, Hubble está reservado para los proyectos y búsquedas científicas más exclusivos debido a que la calidad de sus datos es sorprendente. New Horizons ya había costado tanto que valió la pena usar un poco de tiempo buscando su próximo destino en lugar de solo telescopios terrestres.

Este [1] artículo sugiere que una de las ventajas que tienen el Hubble y otros telescopios espaciales es que pueden obtener mejores imágenes de objetos muy débiles porque no tienen que lidiar con el brillo atmosférico. La óptica adaptativa no ayuda con eso, y un área de recolección más grande también recolecta más brillo de fondo. Además, el brillo atmosférico es más intenso en infrarrojo que en luz visible.

Otras diferencias enumeradas: los telescopios terrestres no pueden realizar mediciones de brillo tan precisas debido a la turbulencia atmosférica (AO aparentemente no ayuda con eso); los telescopios terrestres pueden tener una mejor resolución angular debido a los tamaños más grandes; Los telescopios terrestres pueden usar espectrógrafos más grandes, pesados ​​y mejores que los prácticos en naves espaciales.

[1] Introducción a la óptica adaptativa y su historia, Claire Max, en el Center for Adaptive Optics, U. Calif, 2001