Почему мы строим более крупные наземные телескопы вместо того, чтобы запускать более крупные в космос?

Это дешевле.

(1) С адаптивной оптикой вы можете получить разрешение 0,1 угловой секунды на земле (правда, только на вершине горы с особенно хорошим воздушным потоком, но все же!). Это устраняет одно из основных преимуществ пространства, пока вы не превысите диаметр зеркала в несколько метров.

(2) Обтекатели ракет представляют собой кожухи, защищающие полезные нагрузки при сверхзвуковых атмосферных скоростях, достигаемых при запуске. 5-метровый обтекатель — это самый большой обтекатель, на котором можно летать, что ограничивает размер цельных зеркал, которые можно запускать. (Зеркало телескопа Ужасного Уэбба состоит из частей, которые соберутся в космосе — очень страшная и очень дорогая конструкция.)

(3) Обслуживание телескопа на вершине Мауна-Кеа или в высокогорных чилийских Андах — сложный и дорогостоящий процесс. Обслуживание телескопа на орбите выглядит мелочью. (Стоимость сопоставима со стоимостью строительства нового гигантского телескопа на Земле.) И обслуживание на орбите невозможно даже с помощью современных технологий, кроме как на низкой околоземной орбите.

(4) В то время как высокое разрешение — это один рубеж в астрономии, углубление — другое, а для углубления требуются большие зеркала. 30-метровое зеркало на Земле собирает гораздо больше света, чем 5-метровое зеркало в космосе. Гигантские земные телескопы просто лучше справляются с ролью световых ведер для спектроскопии, чем все, что мы можем отправить в космос.

Суть в том, что с развитием адаптивной оптики космические телескопы ныне строящихся и запускаемых размеров утратили основное преимущество перед наземными телескопами. А поскольку они в 10-100 раз дороже, их просто не стоит создавать для многих целей.

Космические телескопы по-прежнему имеют значительное преимущество в частях спектра, заблокированных атмосферой, таких как УФ и ИК (Уэбб), а также для определенных задач, связанных с долговременной высокоточной фотометрией (Кеплер) и астрометрией (Гайя). Но для общего использования баланс кажется твердым на стороне земли для больших телескопов.

Это изменится, если космические полеты станут дешевле — например, SpaceX BFR с его 9-метровым обтекателем и значительно более низкими затратами на запуск дает большие надежды космическим телескопам.

В дополнение к отличному ответу Марка...

Почему мы строим более крупные наземные телескопы вместо того, чтобы запускать более крупные в космос?

Если бы у вас были деньги на два дома, один возле работы и «дачу» в лесу, как бы вы поделили свой бюджет?

Этот вопрос является продолжением вопроса «Сравняются ли большие телескопы с лучшими результатами? »

Да, и я не фанат этих ответов, возможно, @MarkOlson тоже не впечатлен.

В этих ответах отсутствует адаптивная оптика (отбрасывая ее как дорогую и не особенно эффективную) и возможность легко модернизировать все, кроме размера корпуса и главного зеркала.

Насколько больше должно быть наземное зеркало, чтобы соответствовать возможностям космического? Думаю, я спрашиваю в первую очередь о видимом свете, но меня интересует и вообще.

Дело не столько в том, «насколько больше», сколько в том, чтобы «эффективно продвигать свою идею, обеспечить максимально возможное финансирование и построить самое большое здание с самым большим главным зеркалом». Копайте глубже и стройте то, что можете, а не модернизируйте до предела — сенсоры и суперкомпьютеры могут исправить остальное.

Я думаю, на земле вы в безопасности от микрометеоритов, так что, вероятно, это продлится дольше. В какой момент станет дешевле построить телескоп на Луне или что-то в этом роде?

Наземные и космические телескопы полезны, а лунные — в меньшей степени.

Когда «Компания Акме Телескоп» откроет свой первый магазин на Луне, цена покупки упадет, а до тех пор земные и космические объекты будут дешевле. При космическом базировании он может пойти навстречу при ремонте, при наземном (даже на вершине горы) ремонтная мастерская часто находится под рукой.

На Паранале здание обслуживания зеркал находится на вершине горы, рядом с зеркалами.

Статья в журнале Scientific America: Космический телескоп Джеймса Уэбба «слишком велик, чтобы выйти из строя?» объясняет:

«Предполагая, что мы доберемся до траектории инжекции к Земле-Солнцу L2, конечно, следующим самым рискованным шагом будет развертывание телескопа. И в отличие от Хаббла, мы не можем пойти и исправить это. Даже робот не может пойти и исправить это. Так что мы идем на большой риск, но за это получаем большое вознаграждение», — говорит Грюнсфельд.

Однако предпринимаются скромные усилия, чтобы сделать JWST «пригодным к эксплуатации», подобно Хабблу.по словам Скотта Уиллоуби, руководителя программы JWST в Northrop Grumman Aerospace Systems в Редондо-Бич, Калифорния. Аэрокосмическая фирма является генеральным подрядчиком НАСА по разработке и интеграции JWST, и ей было поручено обеспечить «кольцо интерфейса ракеты-носителя» на телескопе, которое можно было бы «схватить чем-то», будь то астронавт или дистанционно управляемый робот, говорит Уиллоуби. Если бы космический корабль был отправлен на L2 для стыковки с JWST, он мог бы попытаться отремонтировать его или, если обсерватория хорошо функционирует, просто долить его топливный бак, чтобы продлить срок его службы. Но в настоящее время на такие подвиги денег в бюджете не предусмотрено. Грюнсфельд говорит, что на случай, если JWST пострадает от того, что те, кто занимается космическими полетами, преуменьшено называют «плохим днем», будь то из-за неудачи с ракетой, сбоя при развертывании или чего-то непредвиденного, в настоящее время существует множество космических обсерваторий.

Поковки (2 шт.) доставлены

Цитата с сайта " Космический телескоп Джеймса Уэбба " (JWST):

Завершенное главное зеркало будет более чем в 2,5 раза больше, чем диаметр главного зеркала космического телескопа Хаббл, которое составляет 2,4 метра в диаметре, но будет весить примерно вдвое меньше.

Космический телескоп Джеймса Уэбба будет собирать свет примерно в 9 раз быстрее, чем космический телескоп Хаббла, если принять во внимание детали относительных размеров зеркал, форм и особенностей каждой конструкции», — сказал Эрик Смит, научный сотрудник программы JWST в штаб-квартире НАСА. Вашингтон. Повышенная чувствительность позволит ученым вернуться к тому времени, когда первые галактики сформировались сразу после Большого взрыва. Более крупный телескоп будет иметь преимущества во всех аспектах астрономии и произведет революцию в исследованиях того, как звезды и планетарные системы формируются и развиваются.

Смотрите также: " Уэбб против телескопа Хаббл ":

... более удаленные объекты имеют более сильное красное смещение, и их свет переходит из УФ и оптического диапазона в ближний инфракрасный диапазон. Таким образом, для наблюдения за этими далекими объектами (например, за первыми галактиками, образовавшимися во Вселенной) требуется инфракрасный телескоп.

Это еще одна причина, по которой Уэбб не является заменой Хаббла, заключается в том, что его возможности не идентичны. Уэбб будет в первую очередь смотреть на Вселенную в инфракрасном диапазоне, тогда как Хаббл будет изучать ее в основном в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах (хотя у него есть некоторые инфракрасные возможности). У Уэбба зеркало намного больше, чем у Хаббла. Эта большая область сбора света означает, что Уэбб может заглянуть во времени дальше, чем Хаббл. Хаббл находится на очень близкой орбите вокруг Земли, а Уэбб будет находиться на расстоянии 1,5 миллиона километров (км) во второй точке Лагранжа (L2).

...

Как далеко увидит Уэбб?

Из-за времени, которое требуется свету для путешествия, чем дальше находится объект, тем дальше во времени мы смотрим.

На этой иллюстрации сравниваются различные телескопы и то, как далеко они могут заглянуть в прошлое. По сути, Хаббл [HST] может видеть эквивалент «маленьких галактик», а телескоп Уэбба [JWST] сможет видеть «детские галактики». Одна из причин, по которой Уэбб сможет увидеть первые галактики, заключается в том, что это инфракрасный телескоп. Вселенная (и, следовательно, галактики в ней) расширяется. Когда мы говорим о самых удаленных объектах, на самом деле в игру вступает Эйнштейновский общий принцип относительности. Это говорит нам о том, что расширение Вселенной означает, что на самом деле растягивается пространство между объектами, заставляя объекты (галактики) удаляться друг от друга. Кроме того, любой свет в этом пространстве также будет растягиваться, сдвигая длину волны этого света в сторону более длинных волн. Это может сделать удаленные объекты очень тусклыми (или невидимыми) на видимых длинах волн света. потому что этот свет достигает нас как инфракрасный свет. Инфракрасные телескопы, такие как Webb, идеально подходят для наблюдения за этими ранними галактиками.

Обновления адаптивных оптических методов продолжаются, см. « Быстрое когерентное дифференциальное изображение на наземных телескопах с использованием самокогерентной камеры » (7 июня 2018 г.), Бенджамин Л. Жерар, Кристиан Маруа и Рафаэль Галишер:

«Мы разрабатываем основу для одного из таких методов, основанного на самокогерентной камере (SCC), которая будет применяться к наземным телескопам, под названием Fast Atmospheric SCC Technique (FAST). Мы показываем, что с использованием специально разработанного коронографа и когерентного алгоритм дифференциальной визуализации, записывающий изображения каждые несколько миллисекунд, позволяет вычитать атмосферные и статические спеклы, сохраняя при этом алгоритмическую пропускную способность экзопланеты, близкую к единице Детальное моделирование достигает контраста, близкого к пределу фотонного шума, через 30 секунд для полосы пропускания 1% в диапазоне H на звездах как 0-й, так и 5-й величины. Для случая 5-й величины это примерно в 110 раз лучше в чистом контрасте, чем то, что в настоящее время достигается с помощью инструментов ExAO, если мы экстраполируем на час времени наблюдения., иллюстрируя, что повышение чувствительности этого метода может сыграть важную роль в будущем обнаружении и характеристике экзопланет с меньшей массой».

Короче говоря, иногда они могут полностью удалить атмосферу. Грядут улучшения.

ESO 4LGSF — Лазерная система опорных звезд . Четыре лазера используются для создания направляющих звезд для АО.

Отвечая на ваш подвопрос о строительстве на Луне: это связано с теми же затратами на запуск и ограничениями, что и космический прицел, плюс вам приходится иметь дело с посадкой и гравитационным провисанием. Итак, первое, что вам нужно, это действующая лунная база, которая может производить все компоненты из местного сырья. Как только это будет сделано (вставьте здесь большой смех), вам все равно понадобится адаптивная оптика (как и многоэлементные прицелы, такие как JWebb) для выравнивания и смещения гравитационного провисания, но поскольку они статичны, вам не нужны высокочастотные реакция, необходимая на Земле для обработки атмосферных аберраций. Вам нужно строить на «темной стороне», чтобы свет терранов не все испортил.

Ответ на телескопы на Луне. Нахождение на поверхности Луны создает проблемы по сравнению со свободным плаванием в космосе на большом расстоянии от любой планеты/луны. Гравитация искажает зеркала/механику, требуются дополнительные инженерные решения для поддержания веса, половина неба в любое время закрыта луной, тепловое излучение земли, изменения температуры в зависимости от смены дня и ночи, пыль...

Обратная сторона Луны была бы лучшим местом для проведения низкочастотных радионаблюдений. Луна блокирует все выбросы с Земли.