¿Por qué el (pequeño) Hubble fue más capaz de encontrar objetivos KBO para New Horizons que los grandes telescopios terrestres de óptica adaptativa?

Sospecho que es una combinación de dos cosas:

1. Imágenes de alta resolución estables y garantizadas en todo el campo de visión, algo que no es posible con la óptica adaptativa basada en tierra;

2. Fondo muy bajo en la óptica para HST (Hubble), frente a un fondo muy alto para AO terrestre en el infrarrojo cercano.

La mayoría de los sistemas de óptica adaptativa solo pueden corregir en una pequeña región (el "parche isoplanático") alrededor de una "estrella guía" brillante (digamos, medio minuto de arco de radio como máximo); incluso con estrellas guía láser artificiales, aún necesita una estrella guía moderadamente brillante para la llamada corrección de "punta-inclinación". Esto significa que solo puede realizar búsquedas con óptica adaptativa en partes limitadas del cielo.

HST , por otro lado, ofrece imágenes de alta resolución en todo su campo de visión (varios minutos de arco), todo el tiempo, independientemente de hacia dónde apunte.

Para empeorar las cosas, la trayectoria de New Horizons está cerca del plano galáctico, por lo que hay muchas estrellas tenues de fondo. Esto hace que sea más difícil seleccionar posibles objetos del Cinturón de Kuiper, lo que hace que una función de dispersión de puntos muy precisa y estable (como la de HST ) sea aún más importante.

Estas búsquedas se realizan mejor en la óptica, para minimizar el fondo del cielo. La ausencia del resplandor del cielo atmosférico (principalmente luz dispersa del Sol y la Luna) para el HST facilita la detección rápida de fuentes débiles como los KBO. El hecho de que los sistemas de óptica adaptativa, como usted y Rob Jeffries señalan, funcionen casi por completo en el infrarrojo cercano, donde el fondo atmosférico es mucho más alto, lo empeora aún más para ellos.

La óptica adaptativa solo mitiga la turbulencia del aire que desenfoca las imágenes, e incluso eso es solo una recuperación parcial.

Todos los demás problemas permanecen. El aire absorbe varias longitudes de onda. El aire tiene una cierta cantidad de brillo de varias fuentes (contaminación lumínica, etc.) que enmascara objetos tenues. Etc.

No existe un sustituto real para un gran telescopio que opera en el vacío.

Creo que has dado en el clavo con tu pregunta. Los KBO se ven en la luz solar reflejada y son increíblemente débiles, ya que la cantidad de luz reflejada que llega a la Tierra es la inversa de la cuarta potencia de su distancia de nosotros (vea mi respuesta a esta pregunta sobre tratar de ver los objetos de la nube de Oort).

Para ver tales objetos se requieren observaciones de imágenes profundas con bajos niveles de contaminación de fondo. Ese fondo se minimiza al tener imágenes con una función de dispersión de puntos (PSF) extremadamente pequeña, el tipo de PSF que solo pueden lograr los telescopios espaciales o los telescopios terrestres que usan óptica adaptativa.

Sin embargo, el espectro solar, por supuesto, tiene un pico fuerte en la región visible y los sistemas de óptica adaptativa basados ​​en tierra no son efectivos en este rango de longitud de onda (los AO basados ​​en tierra funcionan en el infrarrojo cercano, pero además de que los KBO son intrínsecamente más débiles en estas longitudes de onda también existe el problema del ruido de fondo aportado tanto por la atmósfera terrestre como por el propio telescopio). Por lo tanto, el Telescopio Espacial Hubble es el instrumento elegido.

Para empezar, la magnitud de estos Objetos del Cinturón de Kuiper es increíblemente pequeña. La atmósfera distorsiona las estrellas normalmente y dispersa la luz incluso en las noches más claras. Además de eso, estos objetos más cercanos se pueden encontrar con detección de infrarrojos. La atmósfera absorbe muy bien las longitudes de onda infrarrojas, lo que hace que las observaciones desde el espacio sean una necesidad. El telescopio Hubble también detecta ultravioleta, visible e infrarrojo cercano, lo que lo convierte en un telescopio ideal para estos pequeños objetos del cinturón de Kuiper.

Para lidiar con la absorción atmosférica, los telescopios terrestres, como el telescopio Subaru, se construyen en las montañas para que haya menos atmósfera a través de la cual mirar y la posibilidad de que se formen nubes. Sin embargo, el problema con la búsqueda de KBO era que debía hacerse en un corto período de tiempo para que New Horizons pudiera dirigirse a él con menos combustible. Hubble es ideal para eso porque puede mirar los objetos en la dirección correcta todo el día, mientras que los telescopios terrestres solo pueden hacerlo de noche, suponiendo que sea una noche lo suficientemente clara como para ver esos objetos. Normalmente Hubble se reserva para los proyectos y búsquedas científicas más exclusivas debido a que la calidad de sus datos es asombrosa. New Horizons ya había costado tanto que valía la pena dedicar un poco de tiempo a buscar su próximo destino en lugar de solo telescopios terrestres.

Este [1] artículo sugiere que una de las ventajas que tienen el Hubble y otros telescopios espaciales es que pueden obtener mejores imágenes de objetos muy débiles porque no tienen que lidiar con el brillo atmosférico. La óptica adaptativa no ayuda con eso, y un área de recolección más grande también recolecta más brillo de fondo. Además, el brillo atmosférico es más intenso en el infrarrojo que en la luz visible.

Otras diferencias enumeradas: los telescopios terrestres no pueden realizar mediciones de brillo tan precisas debido a la turbulencia atmosférica (AO aparentemente no ayuda con eso); los telescopios terrestres pueden tener una mejor resolución angular debido a su mayor tamaño; los telescopios terrestres pueden usar espectrógrafos mejores, más grandes y más pesados ​​que los prácticos en las naves espaciales.

[1] Introducción a la Óptica Adaptativa y su Historia, Claire Max, en el Centro de Óptica Adaptativa, U. California, 2001