Что именно дает большее поле зрения подаренным «шпионским» телескопам, которые НАСА может отправить на Марс? Насколько больше?

Question

Что именно дает большее поле зрения подаренным «шпионским» телескопам, которые НАСА может отправить на Марс? Насколько больше?

Космос
Хаббл
Физика
космический телескоп
наблюдение Земли

ооо

Этот ответ на вопрос: может ли один из межзвездных зондов случайно обнаружить Планету IX? ссылки на Space.com, NASA может запустить подаренный спутниковый телескоп-шпион на Марс , в котором говорится:

Неожиданный подарок

Два подаренных телескопа, по-видимому, были построены для программы Национального разведывательного управления под названием Future Imagery Architecture, которая была закрыта в 2005 году.

В июне 2012 года НАСА объявило о приобретении инструментов, которые имеют гораздо более широкое поле зрения, чем у Хаббла, несмотря на наличие главных зеркал шириной 8 футов (2,4 метра), подобных Хабблу .

В ноябре космическое агентство попросило ученых предложить возможные варианты использования прицелов NRO, которые в основном представляют собой просто первичное и вторичное зеркала без прикрепленных инструментов. Поступило более 60 серьезных предложений, 33 из которых, включая MOST, были представлены в начале февраля на семинаре «Изучение приложений большой космической оптики» (SALSO) в Хантсвилле, штат Алабама.

Я не понимаю, как здесь используется слово «несмотря на», но мой вопрос:

Вопросы):

Что именно дает большее поле зрения подаренным «шпионским» телескопам, которые НАСА может отправить на Марс? Я предполагаю, что это телескопы типа Кассегрена. Возможно, что источники могут быть доступны на сайте. Был ли Хаббл действительно связан со спутниками-шпионами?
Насколько больше мы говорим здесь; 50%? коэффициент десять?

Хеоппс

Я предполагаю, что сборка этого шпионского телескопа идентична телескопу Нэнси Грейс Роман (NGR) (бывший WFIRST). NGR также основан на пожертвованной оптике шпионского телескопа. WFIRST будет иметь примерно в 90 раз большее поле зрения, чем телескоп Хаббл, 0,28 квадратных градуса с 288-мегапиксельной камерой. Похоже, это не максимальное поле зрения, которое можно получить для NGR. Но дизайнеры хотят, чтобы его PSF (функция распределения точек) была достаточно однородной. Для Марса - нисходящий канал может быть ограничивающим фактором...

пользователь21103

Чем короче фокусное расстояние, тем больше у них поле зрения. Я не собираюсь объяснять, почему это так, по крайней мере, не в это время утром, поэтому я не буду добавлять это в качестве ответа. Однако фокусное расстояние и размер объектива являются независимыми параметрами.

ооо

@tfb Меня нужно убедить в этом. Внеосевые аберрации будут возникать при меньших углах для низких фокусных расстояний с фиксированной диафрагмой (т.е. для более низких значений f/), так что моя первая интуиция прямо противоположна; для большего полезного поля зрения в градусах вам понадобится большее число f/. Я не понимаю, как более короткое фокусное расстояние приведет вас к этому.

пользователь21103

@uhoh: извините, я что-то перепутал. Когда я сказал «независимые параметры», я игнорировал разрешение. Все, что я имел в виду, это то, что вы не можете посмотреть на диаметр зеркала и определить фокусное расстояние системы: зеркала одного диаметра могут иметь разные фокусные расстояния и, следовательно, разные поля зрения.

пользователь21103

@uhoh: я достаточно проснулся, чтобы добавить ответ, я сделаю это через минуту (мне нужно нарисовать диаграмму, а затем ввести...)

ооо

@tfb не торопитесь, здесь уже поздно

Драгонгик

iirc эти пожертвованные телескопы не оказались особенно полезными, поскольку они были разработаны для наблюдения за Землей, а не для астрономии, поэтому поле зрения было более широким.

ооо

@Heopps Я только что спросил, почему Нэнси Грейс Роман = 100 × Хаббл? Почему широкоугольная камера нового космического телескопа намного шире старой?

Ответы (2)

Что именно дает большее поле зрения подаренным «шпионским» телескопам, которые НАСА может отправить на Марс? Насколько больше?

Я предполагаю, что сборка этого шпионского телескопа идентична телескопу Нэнси Грейс Роман (NGR) (бывший WFIRST). NGR также основан на пожертвованной оптике шпионского телескопа. WFIRST будет иметь примерно в 90 раз большее поле зрения, чем телескоп Хаббл, 0,28 квадратных градуса с 288-мегапиксельной камерой. Похоже, это не максимальное поле зрения, которое можно получить для NGR. Но дизайнеры хотят, чтобы его PSF (функция распределения точек) была достаточно однородной. Для Марса - нисходящий канал может быть ограничивающим фактором...
Чем короче фокусное расстояние, тем больше у них поле зрения. Я не собираюсь объяснять, почему это так, по крайней мере, не в это время утром, поэтому я не буду добавлять это в качестве ответа. Однако фокусное расстояние и размер объектива являются независимыми параметрами.
@tfb Меня нужно убедить в этом. Внеосевые аберрации будут возникать при меньших углах для низких фокусных расстояний с фиксированной диафрагмой (т.е. для более низких значений f/), так что моя первая интуиция прямо противоположна; для большего полезного поля зрения в градусах вам понадобится большее число f/. Я не понимаю, как более короткое фокусное расстояние приведет вас к этому.
@uhoh: извините, я что-то перепутал. Когда я сказал «независимые параметры», я игнорировал разрешение. Все, что я имел в виду, это то, что вы не можете посмотреть на диаметр зеркала и определить фокусное расстояние системы: зеркала одного диаметра могут иметь разные фокусные расстояния и, следовательно, разные поля зрения.
@uhoh: я достаточно проснулся, чтобы добавить ответ, я сделаю это через минуту (мне нужно нарисовать диаграмму, а затем ввести...)
@tfb не торопитесь, здесь уже поздно
iirc эти пожертвованные телескопы не оказались особенно полезными, поскольку они были разработаны для наблюдения за Землей, а не для астрономии, поэтому поле зрения было более широким.
@Heopps Я только что спросил, почему Нэнси Грейс Роман = 100 × Хаббл? Почему широкоугольная камера нового космического телескопа намного шире старой?

пользователь21103 · Answer 1

Ответ заключается в том, что два телескопа имеют разные фокусные расстояния, и что фокусное расстояние и размер зеркала являются параметрами, которые можно регулировать независимо (очевидно, существуют и другие компромиссы, связанные с разрешением и фокусным отношением).

Вот описание почему.

Вот довольно ужасная схема упрощенного ньютоновского отражателя — я упростил ее, просто развернув оптику, чтобы не было (плоского) вторичного зеркала, чтобы было легче видеть, что происходит:

На этом снимке фокусное расстояние — расстояние от зеркала, на котором изображение находится в фокусе — равно $l$ , а радиус зеркала $r$ . Показаны два падающих луча, падающих в одной и той же точке на край зеркала. Первый луч проходит параллельно оси зеркала и отражается вниз под углом $\theta$ . Из элементарной тригнометрии.

загар θ "=" \frac{р}{л}

$\tan\theta = \frac{r}{l}$

Вторая крыса входит под углом $\phi$ к центральной линии и, следовательно, отражается вниз под углом $\theta + \phi$ (чтобы убедиться в этом, вам нужно нарисовать крошку зеркала, где происходит отражение).

Итак, вопрос в том, насколько ниже первого луча заканчивается второй луч? Это расстояние отображается как $y$ на диаграмме. Ну, вы можете сделать немного геометрии, чтобы показать, что

\begin{aligned} загар (θ + ф) & "=" \frac{р + у}{л} \\ \frac{загар θ + загар ф}{1 - загар θ загар ф} & "=" \frac{р}{л} + \frac{у}{л} & используя формулу двойного угла для загар \\ загар θ + загар ф & \approx \frac{р}{л} + \frac{у}{л} & предполагая θ, ф маленький \end{aligned}

$\begin{align} \tan(\theta + \phi) &= \frac{r + y}{l}\\ \frac{\tan\theta + \tan\phi}{1 - \tan\theta\tan\phi} &= \frac{r}{l} + \frac{y}{l}&&\text{using double-angle formula for $\tan$}\\ \tan\theta + \tan\phi &\approx \frac{r}{l} + \frac{y}{l}&&\text{assuming $\theta$, $\phi$ small}\\ \end{align}$

или, другими словами

ф \approx \frac{у}{л}

$\phi\approx \frac{y}{l}$

Для малых углов.

Это означает, что для датчика размером $Y$ , максимальный угол, под которым он может получить свет, равен

ф_{Макс} \approx \frac{Д}{л}

$\phi_\text{max} \approx \frac{Y}{l}$

Или, другими словами, поле зрения телескопа обратно пропорционально фокусному расстоянию, совершенно не зависящему от радиуса зеркала.

Заметьте еще раз, что во всем этом я рассматривал свет только как лучи: ничто здесь ничего не говорит вам о разрешении устройства, а только о том, сколько оно может видеть.

Я написал расширенный ответ и как раз собирался нажать «Добавить комментарий», когда вы удалили свой пост. Короткой версией этого будет «это зависит от вас» и выражение беспокойства по поводу того, что мой настоящий вопрос так и не получил ответа, за которым следует объяснение, что вопрос заключается в том, насколько неправильно это нерелятивистское уравнение применяется к ультрарелятивистской частице. луч и проверка того, что F=dp/dt является правильным подходом. Я вижу, что вы задаете очень мало вопросов в SE, поэтому вы можете не обращать внимания на то, каково это, когда кажется, что расходящийся ответ решает вопрос, поэтому на него никогда не отвечают.
Вместо того, чтобы удалять, вы могли бы просто предварить ответ, сказав, что вы обращаетесь к его части, и уточнив, как это можно было бы сделать в реалистичных условиях. Таким образом, люди, читающие ваш ответ, почувствуют, что действительно может быть что-то, на что нужно ответить. Я благоговею перед людьми, которые все делают правильно, и в реальном мире я сам такой. Однако в Stack Exchange я чувствую, что «делать все правильно» означает отвечать на вопрос, а не на реальный космический полет. Подумайте о том, чтобы отменить удаление вашего ответа? Как только получу пинг (утром 23:00 UTC) удалю свои комментарии.

Винс 49 · Answer 2

Первая миссия, в которой использовалось одно из зеркал, предоставленных NRO, - это римский космический телескоп Нэнси Грейс (ранее WFIRST). 1 Он имеет более широкое поле зрения (FOV) по трем причинам. Во-первых, пожертвованные зеркала имеют более короткое фокусное расстояние, чем у Хаббла. 1 Также отличаются первичные системы. Первичный элемент телескопа Хаббла представляет собой конструкцию Ричи-Кретьена с двумя зеркалами (аналогичную конструкции Кассигрена) 2 , в то время как первичный элемент римского телескопа представляет собой трехзеркальный анастигмат 3 . Трехзеркальные анастигматные системы специально разработаны для приложений с широким полем зрения. [4] Если марсианский телескоп использует конструкцию WFIRST/Roman, его FOV будет намного больше, чем у Хаббла.

Фактическое поле зрения римского телескопа составляет 45 на 23 угловых минуты. [5] Поле обзора телескопа Хаббла с высоким разрешением составляет около 18 угловых минут (см. изображение ниже). Для сравнения между камерой Hubble Wide Field 3 (WFC3) и римским телескопом см. ссылку [6]. Хотя это довольно драматично, это не совсем справедливо, поскольку FOV WFC3 (2,7 на 2,7 угловых минуты) [7] составляет лишь часть полного поля зрения телескопа. Я не смог найти хорошую ссылку, чтобы объяснить общее поле зрения Хаббла, но у меня есть изображение, которое я сделал некоторое время назад. Как видите, способ разделения изображения между пятью отдельными инструментами означает, что поле зрения каждого инструмента составляет лишь часть общего поля зрения самого телескопа. Это третья причина, по которой римский телескоп сможет создавать гораздо более крупные изображения FOV.

1 https://en.wikipedia.org/wiki/Nancy_Grace_Roman_Space_Telescope

2 https://asd.gsfc.nasa.gov/archive/hubble/technology/optics.html

3 https://roman.gsfc.nasa.gov/images/stsci/roman-mission-operations-tools.pdf

4 https://en.wikipedia.org/wiki/Three-mirror_anastigmat

5 https://www.stsci.edu/files/live/sites/www/files/home/roman/_documents/roman-science-sheet.pdf

6 https://svs.gsfc.nasa.gov/13672

7 https://en.wikipedia.org/wiki/Wide_Field_Camera_3