Режимы наблюдения космического телескопа Хаббла (HST)

«Режим пристального взгляда» — это традиционный способ простого наведения телескопа и экспонирования детектора.

В «режиме пространственного сканирования» вы медленно перемещаете телескоп, так что изображение слегка размывается в пространственном направлении.

На рисунке ниже показан принцип: слева показано, как делается обычное изображение; в середине обычный спектр снимается в режиме пристального взгляда , а на правой панели детектор перемещается во время экспозиции, что приводит к режиму пространственного сканирования . Чем дальше вы сканируете в пространстве, тем ярче и объект вы можете наблюдать до переэкспонирования, но недостатком является то, что больше объектов начнет перекрываться, разрушая спектры.

^{Левая панель : «Изображение»; каждый наблюдаемый объект появляется на детекторе в соответствующем месте на небе.
Средняя панель : «Режим просмотра»; когда вставлена ​​гризма (что-то вроде призмы), свет от каждого объекта распространяется в соответствии с его длиной волны, создавая спектр.
Правая панель : «Режим сканирования»; если детектор слегка перемещается во время экспонирования, спектры распределяются перпендикулярно направлению длины волны, что позволяет эффективно использовать большее количество пикселей для сбора фотонов. Однако, если детектор перемещается слишком сильно, спектры начинают смешиваться.}

Эта картинка из справочника HST WFC3 показывает разницу в реальном наблюдении: она довольно мала, но особенно для "$0^\mathrm{th}$объект» (слева) видно, что в режиме пристального взгляда он переэкспонирован, создавая диагональные пики, которые уменьшаются в режиме пространственного сканирования:

На снимке объекты расположены в вертикальном направлении, а их спектры разбросаны в горизонтальном направлении. Видно, что в режиме пространственного сканирования объекты чуть шире по вертикали.

Преимущество сканирующего режима в том, что вы можете экспонировать дольше, без насыщения детектора (что может быть проблемой для ярких звезд). Когда вы подвергаетесь более длительной экспозиции, вы собираете больше фотонов и, следовательно, получаете более высокое отношение сигнал/шум (S/N), а это означает, что ваши наблюдения становятся более «точными». На рисунке ниже (из этих заметок ) показано преимущество высокого отношения сигнал/шум:

^{Два спектра одного и того же объекта, причем правый был экспонирован в 9 раз дольше, чем левый, что привело к$\sqrt{9}=3$раз выше сигнал/шум. Определение, например, центральной длины волны этой спектральной линии становится намного более точным при более высоком сигнале/шуме.}

Отметим, что оба режима относятся к так называемой бесщелевой спектроскопии . Способ избежать перекрытия спектров состоит в том, чтобы вставить «щель», которая позволяет наблюдать только свет от узкой (порядка угловой секунды) части неба. Таким образом, вы получите только спектры объектов, лежащих точно вдоль щели, но взамен получите более «чистый» спектр.

Также обратите внимание, что вы можете получить тот же эффект, разделив свое наблюдение на несколько экспозиций в режиме пристального взгляда, а затем сложив их вместе. Режим сканирования — более практичный способ избежать этого.