Было бы дешевле и/или быстрее разместить космический телескоп Джеймса Уэбба на воздушном шаре вместо ракеты?

Нет, я так не думаю. Причина, по которой космические телескопы работают хорошо, заключается в том, что нет атмосферы, ограничивающей оптические характеристики устройства. Телескоп на воздушном шаре далеко не над атмосферой. Он находится над большим количеством воды в атмосфере, поэтому ИК там может быть лучше, но над ним все еще есть турбулентность, которая ограничивает его работу.

Кроме того, ASTHROS и JWST несопоставимы: ASTHROS работает на частотах в дальнем инфракрасном диапазоне, часто определяемом как диапазон между$25\,\mathrm{\mu m}$и$350\,\mathrm{\mu m}$, а JWST работает в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне, от$0.6\,\mathrm{\mu m}$к$28\,\mathrm{\mu m}$. ASTHROS также крошечный по сравнению с JWST: его зеркало$2.5\,\mathrm{m}$(примерно размер Хаббла), в то время как JWST$6.5\,\mathrm{m}$. Если мы возьмем самый длинный конец чувствительности JWST к длине волны, где он перекрывается с ASTHROS, он будет иметь разрешение около$2.6$раз как хорошо. На коротком конце диапазона чувствительности его разрешение будет более чем в сто раз лучше. И он находится в космосе, так что вполне может быть в состоянии приблизиться к своему теоретическому пределу.

JWST может абсурдно опаздывать и абсурдно превышать бюджет, но я не думаю, что телескопы, подвешенные на воздушных шарах, конкурируют с тем, что он сможет сделать.

Однако к этому ответу есть важная оговорка: всякий раз, когда кто-то говорит «очевидно, что то-то и то-то невозможно», оказывается, что астрономы не только разработали, как это сделать, но и делают это и фактически продвинулись вперед. к еще более абсурдно звучащей идее. Так что, я не знаю, возможно, люди уже сейчас разрабатывают, как подвесить оптический интерферометр из нескольких воздушных шаров. Астрономы делают удивительные вещи.

Логистически говоря, это может быть сложнее, чем кажется. Сначала мне бросилось в глаза то, что запуск на Южный полюс запланирован на декабрь 2023 года. Декабрь означает лето — вполне вероятно, что погодное окно, в течение которого целесообразно выполнять эту миссию, довольно узкое, всего несколько месяцев. Вне этого периода восстановление становится значительно более трудным.

Это предложение (для версии ASTHROS с четырьмя телескопами) предлагает запускать каждый комплект телескопов один раз в два года, что предполагает год на ремонт и техническое обслуживание между сезонами запуска. Даже если вы сделали это - определенно карманная мелочь по стандартам JWST! - Вы бы все равно были стеснены сезонами эксплуатации. Вы могли проводить наблюдения только в течение нескольких месяцев в году и только за целями, видимыми из южного полушария в этот период.

Возможно, можно будет совершать полеты вокруг северного полюса, а также вокруг юга, что откроет несколько дополнительных месяцев, а также цели в северном полушарии. Но в Арктике (как мне кажется?) менее надежные погодные условия и больше шансов потерять комплект инструментов, если он упадет в океан.

Вы все равно получите миссию, которая может вести наблюдения только в определенные периоды года (я подозреваю, что погодные условия вокруг равноденствий могут исключать как север, так и юг) и, вероятно, не даст вам полного обзора неба.

Если вы можете получить телескоп класса JWST под воздушным шаром за двадцатую или сотую часть цены, что может быть, а может и нет, тогда вполне разумным компромиссом будет иметь и эти ограничения. Но это по-прежнему будет компромисс между экономической эффективностью и ограничениями.

Еще пара вещей, которые следует учитывать (которых я не видел в нескольких существующих ответах) о наличии обсерватории класса Джеймса-Уэбба в верхних слоях атмосферы Земли, а не на Солнце-Земля L2:

• Вы значительно ухудшили свои доступные поля зрения по сравнению с Sun-Earth L2. Мало того, что ваше «ниже» полностью занято Землей, но и «наверху» есть Луна и постоянно растущее число спутников, вокруг которых можно планировать наблюдения. Не обязательно остановку шоу, просто ограничение, которое нужно обойти (и, вероятно, оно будет смягчено, если вы поместите телескоп в высокие широты, что, по-видимому, и является планом).

• Вы выше любой погоды, но не любой погоды. Пока воздушный шар летит, турбулентность имеет возможность вибрировать ваши зеркала и искажать ваше зрение. Это, вероятно, также ограничивает способность телескопа точно отслеживать данную далекую звезду; наверняка вы говорите о каком-то активном управлении телескопом.

JWST должен быть 6,5-метровым телескопом, а ASTHROS — всего 2,5 метра. Это довольно большая разница. С другой стороны, возможно, вы могли бы потратить половину стоимости JWST и спроектировать 6,5-метровый телескоп на воздушном шаре, но я не уверен.

Начать следует с перечисления научных целей миссии. Телескопы на воздушном шаре могут быть намного дешевле спутниковых, но конструкция спутниковых телескопов обеспечивает гораздо более длительный срок службы, невесомость искажает телескоп, меньший инфракрасный нагрев от земли, более широкое поле зрения и многое другое. м уверен, многое другое. Вам нужно будет спроектировать совершенно другой телескоп, чем JWST, чтобы летать на воздушном шаре. Сможет ли он сделать то, что JWST планирует сделать? Сильно сомневаюсь, но честно говоря не знаю.

JWST будет находиться на «орбите» гало в точке L2 Земля-Луна, на расстоянии 930 000 миль от Земли и более чем в четыре раза дальше от нас, чем Луна. Чтобы достичь такой высоты, потребуется один впечатляющий воздушный шар. И он должен быть так далеко, чтобы его солнцезащитный козырек мог отражать тепло как Земли, так и Солнца, что необходимо для инфракрасного телескопа. В точке L2 они всегда находятся в одном направлении, что неверно для любого более близкого местоположения.

Один момент, затронутый, но не расширенный, — это высококонтрастное изображение. Это менее важно при изображении черной дыры, туманности или галактики, потому что они не сильно меняются, и изображение можно реконструировать.

Изображение планеты, вращающейся вокруг звезды или пересекающей ее, требует очень высокой контрастности, а это было бы невозможно с бортовым телескопом, вдвойне, когда атмосфера блокирует некоторые длины волн, для отображения которых предназначен телескоп.

Реконструировать изображение также (я помню, читал) проще с УФ-светом и менее успешно с ИК-светом, поэтому в космосе просто лучше для конкретных вещей, таких как экзопланеты. Наверное, намного лучше.

Ожидается, что космический телескоп Джеймса Уэбба сможет проводить наблюдения с вариациями от 1/10 миллиона до 1/100 миллиона. Атмосферный телескоп, особенно тот, для приема которого некоторые длины волн частично заблокированы, никогда бы этого не сделал.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/a-new-view-of-exoplanets-with-nasa-s-webb-telescope

У коронографов есть кое-что общее с затмениями. Во время затмения Луна блокирует свет Солнца, позволяя нам видеть звезды, которые в обычных условиях были бы подавлены солнечным сиянием. Астрономы воспользовались этим во время затмения 1919 года, 100 лет назад, 29 мая, чтобы проверить общую теорию относительности Альберта Эйнштейна. Точно так же коронограф действует как «искусственное затмение», чтобы блокировать свет от звезды, позволяя увидеть планеты, которые в противном случае были бы потеряны в ярком свете звезды.

«Большинство планет, которые мы обнаружили до сих пор, примерно в 10 000–1 миллион раз слабее своей родительской звезды», — объяснила Саша Хинкли из Эксетерского университета. Хинкли — главный исследователь одной из первых программ наблюдения Уэбба по изучению экзопланет и экзопланетных систем.

«Без сомнения, существует множество планет, которые тусклее, имеют более высокий коэффициент контрастности и, возможно, находятся дальше от своих звезд», — сказал Хинкли. «С Уэббом мы сможем увидеть планеты, которые больше похожи на 10 миллионов или, оптимистично, в 100 миллионов раз слабее». Чтобы наблюдать за своими целями, команда будет использовать высококонтрастное изображение, которое распознает эту большую разницу в яркости между планетой и звездой.