Tại sao Hubble (nhỏ) có thể tìm thấy các mục tiêu KBO cho Chân trời mới tốt hơn so với kính viễn vọng quang học mặt đất thích ứng lớn?

Khi các tìm kiếm ban đầu cho một vật thể Vành đai Kuiper cho Chân trời mới bay đến sau khi vượt qua Sao Diêm Vương không tìm thấy mục tiêu tốt, kính thiên văn Hubble đã được sử dụng và kết quả là máy bay nhắm mục tiêu hiện tại cho năm 2019. Các tìm kiếm ban đầu đã sử dụng kính viễn vọng trên mặt đất. Khi tìm kiếm có nguy cơ hết thời gian mà không có mục tiêu tốt, Hubble đã được đưa vào để giúp đỡ.

Theo những gì bạn đọc về thế hệ kính thiên văn lớn trên trái đất hiện nay sử dụng quang học thích nghi, những kính thiên văn này có độ phân giải góc và diện tích thu thập ánh sáng lớn hơn nhiều so với Hubble. Vậy tại sao Hubble có khả năng tìm kiếm mục tiêu tốt hơn?

chỉnh sửa
Một phần của câu trả lời có thể là thế hệ kính thiên văn quang học thích nghi hiện tại chỉ thực hiện quang học thích nghi trong hồng ngoại , ít nhất là nếu KBO được quan sát tốt nhất trong ánh sáng khả kiến ​​mà tôi không biết nhưng tôi đã chuyển nó sang một câu hỏi riêng biệt .

Liên quan đến tất cả mọi người cho rằng sự hấp thụ khí quyển là đáng trách, làm thế nào mà hình vuông với điều này: Kính thiên văn Subaru 8,3m (một trong những kính viễn vọng được sử dụng trong tìm kiếm mặt đất) có diện tích thu ánh sáng là 53m2. Hubble có diện tích thu gom 4,5m2. Vì vậy, sự hấp thụ khí quyển sẽ cần đến 91,5% để chúng thu được cùng một lượng ánh sáng. Chắc chắn độ hấp thụ khí quyển cao đối với một số bước sóng hồng ngoại, nhưng chắc chắn không cao hơn tất cả các bước sóng liên quan.

Tôi nghi ngờ đó là sự kết hợp của hai điều:

1. Hình ảnh có độ phân giải cao, ổn định, được bảo đảm trên toàn bộ trường nhìn, điều không thể xảy ra với quang học thích ứng trên mặt đất;

2. Nền rất thấp trong quang học cho HST (Hubble), so với nền rất cao cho AO trên mặt đất trong vùng cận hồng ngoại.

Hầu hết các hệ thống quang học thích ứng chỉ có thể hiệu chỉnh trong một khu vực nhỏ ("miếng vá đẳng hướng") xung quanh một "ngôi sao dẫn đường" sáng (tối đa là nửa phút cung trong bán kính); ngay cả với các ngôi sao dẫn hướng bằng laser nhân tạo, bạn vẫn cần một ngôi sao dẫn hướng có độ sáng vừa phải để được gọi là hiệu chỉnh "nghiêng đầu". Điều này có nghĩa là bạn chỉ có thể thực hiện tìm kiếm quang học thích ứng ở những phần giới hạn của bầu trời.

Mặt khác, HST cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao trong toàn bộ trường nhìn của nó (vài phút cung tròn), mọi lúc, bất kể nó được chỉ ở đâu.

Để làm cho vấn đề tồi tệ hơn, quỹ đạo của Chân trời mới nằm gần mặt phẳng Thiên hà, vì vậy có rất nhiều ngôi sao nền mờ . Điều này khiến cho việc chọn ra các đối tượng Vành đai Kuiper có thể trở nên khó khăn hơn, làm cho chức năng trải rộng điểm rất chính xác và ổn định (chẳng hạn như của HST ) thậm chí còn quan trọng hơn.

Những tìm kiếm này được thực hiện tốt nhất trong quang học, để giảm thiểu nền trời. Việc không có bầu trời phát sáng trong khí quyển (chủ yếu là ánh sáng tán xạ từ Mặt trời và Mặt trăng) cho HST giúp dễ dàng phát hiện nhanh hơn các nguồn mờ như KBO. Thực tế là các hệ thống quang học thích ứng, như bạn và Rob Jeffries lưu ý, hoạt động gần như hoàn toàn trong vùng cận hồng ngoại, nơi nền khí quyển cao hơn nhiều, khiến nó còn tồi tệ hơn đối với chúng.

Quang học thích ứng chỉ làm giảm bớt nhiễu loạn không khí làm mờ hình ảnh - và thậm chí đó chỉ là một phần phục hồi.

Tất cả các vấn đề khác vẫn còn. Không khí hấp thụ các bước sóng khác nhau. Không khí có một lượng ánh sáng nhất định từ nhiều nguồn khác nhau (ô nhiễm ánh sáng, v.v.) che giấu các vật thể mờ nhạt. Vân vân.

Không có sự thay thế thực sự cho một kính thiên văn lớn hoạt động trong chân không.

Tôi nghĩ rằng bạn đã đánh vào đầu trong câu hỏi của bạn. Các KBO được nhìn thấy dưới ánh sáng mặt trời phản chiếu và chúng cực kỳ mờ nhạt, vì lượng ánh sáng phản xạ chiếu xuống trái đất là năng lượng thứ tư nghịch đảo của chúng ta (xem câu trả lời của tôi cho câu hỏi này khi cố gắng xem các vật thể đám mây Oort).

Để xem các đối tượng như vậy đòi hỏi phải quan sát hình ảnh sâu với mức độ ô nhiễm nền thấp. Nền đó được giảm thiểu bằng cách có hình ảnh với chức năng trải rộng điểm cực nhỏ (PSF) - loại PSF chỉ có thể đạt được bằng kính viễn vọng trên không gian hoặc kính viễn vọng trên mặt đất sử dụng quang học thích nghi.

Tuy nhiên, phổ mặt trời dĩ nhiên đạt cực đại ở vùng khả kiến ​​và các hệ thống quang học thích nghi trên mặt đất không hiệu quả trong phạm vi bước sóng này (AO trên mặt đất hoạt động trong vùng cận hồng ngoại, nhưng ngoài KBO còn mờ hơn về bản chất những bước sóng này cũng có vấn đề về nhiễu nền do cả bầu khí quyển của Trái đất và của chính kính viễn vọng). Do đó, Kính thiên văn vũ trụ Hubble là công cụ được lựa chọn.

Độ lớn của các Vật thể Vành đai Kuiper này cực kỳ nhỏ, để bắt đầu. Bầu không khí làm biến dạng các ngôi sao bình thường và tán xạ ánh sáng ngay cả vào những đêm rõ ràng nhất. Thêm vào đó, những vật thể gần hơn có thể được tìm thấy bằng phát hiện hồng ngoại. Bầu khí quyển hấp thụ các bước sóng hồng ngoại cực kỳ tốt, điều này làm cho các quan sát dựa trên không gian trở nên cần thiết. Kính thiên văn Hubble cũng phát hiện tia cực tím, có thể nhìn thấy và gần hồng ngoại, đó là một kính viễn vọng lý tưởng cho các Vật thể Vành đai Kuiper nhỏ này.

Để đối phó với sự hấp thụ khí quyển, các kính viễn vọng trên mặt đất như kính viễn vọng Subaru được chế tạo trên núi để có ít khí quyển nhìn qua và cơ hội che phủ của đám mây. Tuy nhiên, vấn đề với việc tìm kiếm KBO là nó cần được thực hiện trong một khoảng thời gian ngắn để Chân trời mới có thể được chuyển đến nó với ít nhiên liệu hơn. Hubble là lý tưởng cho điều đó bởi vì nó có thể nhìn các vật thể đúng hướng cả ngày trong khi các kính viễn vọng trên mặt đất chỉ có thể làm điều đó vào ban đêm với giả định rằng đó là một đêm đủ rõ ràng để nhìn thấy các vật thể đó. Thông thường Hubble được dành riêng cho các dự án khoa học và tìm kiếm độc quyền nhất vì chất lượng dữ liệu của nó rất tuyệt vời. Chân trời mới đã tốn kém đến mức đáng để sử dụng một chút thời gian để tìm kiếm điểm đến tiếp theo của nó thay vì chỉ các kính viễn vọng trên mặt đất.

Bài báo [1] này cho thấy rằng một trong những lợi thế mà Hubble và các kính viễn vọng không gian khác có là chúng có thể chụp ảnh các vật thể rất mờ vì chúng không phải đối phó với ánh sáng khí quyển. Quang học thích ứng không giúp ích cho điều đó, và một khu vực thu thập lớn hơn cũng thu thập nhiều ánh sáng nền hơn. Ngoài ra, ánh sáng khí quyển mạnh hơn ở vùng hồng ngoại so với ánh sáng khả kiến.

Sự khác biệt được liệt kê khác: Kính thiên văn mặt đất không thể thực hiện các phép đo độ sáng chính xác do nhiễu động khí quyển (AO rõ ràng không giúp ích gì cho điều đó); kính thiên văn mặt đất có thể có độ phân giải góc tốt hơn do kích thước lớn hơn; Kính viễn vọng mặt đất có thể sử dụng máy quang phổ lớn hơn, nặng hơn, tốt hơn so với thực tế trong tàu vũ trụ.

[1] Giới thiệu về Quang học thích ứng và Lịch sử của nó, Claire Max, tại Trung tâm Quang học Thích ứng, U. Calif, 2001