¿Por qué no se colocan telescopios espaciales en GEO?

No necesitaría girar tan rápido para mantenerse enfocado, lo que tal vez aumentaría la vida útil de sus ruedas de reacción.

En la Tierra, cuando "giras" un telescopio, ¡realmente lo estás manteniendo apuntando en una dirección! Es la Tierra la que está girando, y tienes que girar la montura del telescopio para mantener las patas apuntando al suelo.

¡Es lo mismo que tener que mover la antena para mantenerla apuntando al suelo!

Aparte, ¿cómo manejan los telescopios espaciales las antenas que apuntan a la Tierra?

GAIA utiliza una matriz en fase que siempre puede emitir hacia la Tierra a medida que el telescopio gira (ver esta respuesta ), y TESS almacena, comprime y procesa casi dos semanas de datos mientras mide cerca del apoápside, luego pasa cerca de la Tierra y lo envía en una ráfaga de 8 horas durante el periapsis. (Ver esta respuesta y esta respuesta ).

En el espacio no giras un telescopio, lo dejas mayormente solo y casi sigue apuntando en una dirección. Hay pequeñas fuerzas de marea, especialmente en LEO (ver esta respuesta ), y otros pares como la presión solar (ver esta respuesta ) que inclinarán muy lentamente un telescopio, por lo que las ruedas de reacción tienen que manejar eso.

Pero no es necesario un gran giro del telescopio espacial para compensar la rotación de la Tierra. Eso es estrictamente una "cosa de la Tierra".

¿Por qué no se colocan telescopios espaciales en GEO?

Es un lugar lleno de gente, y se necesita mucha "ciudadanía espacial" para permanecer allí. Debe preocuparse mucho por el mantenimiento de la estación para no acercarse a ninguno de sus vecinos de hardware ultra caros, y eso puede interferir con la programación científica.

Un satélite de comunicaciones puede mantener la posición al mismo tiempo que cumple su función principal porque sus antenas no necesitan apuntar con estabilidad de segundo de arco como lo haría un telescopio óptico.

Se necesitó mucho trabajo para impulsar el Hubble hasta 540 kilómetros por encima de gran parte de la atmósfera para que no tuviera que hacer quemaduras de mantenimiento de la estación. Ponerlo en GEO en realidad podría obligarlo a hacer más mantenimiento de la estación, exactamente lo contrario de lo que desea.

La posibilidad de que un futuro telescopio espacial óptico o de radio de gran ciencia para astronomía se coloque en LEO o GEO como el mejor lugar para ello es muy pequeña. En estos días, la confiabilidad de las naves espaciales es muy alta, la computación a bordo y el procesamiento de imágenes pueden ordenar y preprocesar datos de alguna manera, y los enlaces de banda X, incluso en el espacio profundo, pueden realizar volcados de datos durante períodos cortos de tiempo. Ver esta respuesta y esta respuesta .

Si bien MEO podría evitar el mantenimiento de la estación que sería necesario en LEO o GEO, creo que la mayoría de los telescopios estarán mucho más lejos de la luz reflejada de la Tierra y el calor irradiado, ya sea como TESS, que pasa la mayor parte de su tiempo casi tan lejos de la Tierra como la Luna, o JWST cerca de Sol-Tierra L2.

La luna es otra opción. Sin atmósfera, por lo que un telescopio UV (como los de los módulos de aterrizaje de Chang'e) o un telescopio IR podría funcionar allí sin necesidad de estar conectado a una nave espacial. Un radiotelescopio en el otro lado también estaría protegido de la radiación electromagnética artificial de la Tierra, así como de la luz y el calor del Sol durante la noche lunar de dos semanas.

Hay tantos lugares para colocar futuros telescopios que no creo que veamos ninguno importante en LEO o GEO. La única razón para GEO sería un proyecto de bajo presupuesto, como un cubesat o un nanosatélite en el que se usa un lanzamiento multisatélite de bajo costo (consulte esta respuesta o esta pregunta o esta pregunta (no todos pueden verlo, también puede obtener una idea mirando esta pregunta ).

Las naves espaciales se colocan en las órbitas en las que deben estar, dados los objetivos de la misión y las limitaciones durante el diseño . Nada en el espacio es arbitrario, ya que hay mucho en juego si algo sale mal.

De hecho, GEO no es un lugar particularmente especial para un telescopio espacial y varios telescopios se colocan (o se planea colocar) muy lejos de allí. Por ejemplo, (si alguna vez se lanza ...) el telescopio espacial James Webb se moverá al punto L2 de Lagrange Tierra-Sol, exactamente por la razón que usted indicó: debe estar lejos de la radiación IR de la Tierra.

Como dijo Polygnome, el Hubble fue construido para ser atendido por el transbordador, lo que limitaba dónde podía colocarse. Sin embargo, su órbita no le impidió hacer una astronomía excepcional.

Hay muchos mejores lugares para colocar telescopios que LEO y GEO y hay argumentos para cada lugar. Un telescopio en el lado opuesto de la luna estaría protegido de las transmisiones de radio de la Tierra, por lo que tiene mucho sentido colocar uno allí para la radioastronomía. Sin embargo, hacerlo sería un gran desafío técnico, por lo que aún no lo hemos hecho.

Algunas misiones se lanzan en órbitas extrañas que al principio tienen poco sentido. Por ejemplo, Spektr-R se lanzó en una órbita terrestre altamente elíptica. Tal órbita permitió que se usara junto con telescopios terrestres para aumentar la resolución utilizando una técnica llamada interferometría de línea de base muy larga, que mejora cuanto más separados están los telescopios. Spektr-R habría sido menos eficaz si se hubiera colocado en GEO, ya que su órbita lo llevó mucho más lejos que GEO y le permitió producir imágenes de mejor resolución.

Entonces, para responder la pregunta en modo TL; DR: GEO no es particularmente especial, y la mayoría de los telescopios espaciales (si no todos) se colocan en la órbita que les permite lograr los objetivos de su misión.

Al menos un telescopio espacial se ha puesto en una órbita geosíncrona (pero no geoestacionaria) debido a su misión única:

El Observatorio de Dinámica Solar (SDO) ( Wikipedia ) ( sitio oficial de la misión ).

Uno de sus tres paquetes de sensores, el Ensamblaje de Imágenes Atmosféricas (AIA), crea imágenes del sol de 4096x4096 en 12 longitudes de onda, a una cadencia de cada 12 segundos (o 1 imagen por segundo, tomando 12 segundos para volver a visitar una longitud de onda específica). Esto produce un volumen muy alto de datos, por lo que en lugar de almacenar imágenes hasta que pueda conectarse a una estación terrestre DSN o usar satélites de comunicaciones en órbita geoestacionaria para transmitir los datos, tiene su propia estación terrestre dedicada en Nuevo México.

Debido a que su misión es proporcionar una cobertura constante del sol, no puede estar en una órbita geoestacionaria pura, donde la Tierra se ocluiría cada día. Más bien, al tener una órbita inclinada, tiene dos estaciones cada año en las que la Tierra ocluye el sol hasta 90 minutos a la vez al día, y la luna también puede ocluir el sol. (En raras ocasiones, ambos pueden ocluir el sol al mismo tiempo ).

Además, debido a su alta tasa de datos, no se puede colocar más lejos de la Tierra como otros observatorios espaciales de heliofísica como SOHO, las sondas STEREO A y B y la sonda solar Parker... ambos porque se saturaría por completo en menos una estación terrestre DSN durante todo el tiempo que está a la vista de esa estación, y porque las distancias mayores requieren el uso de frecuencias más bajas, y las frecuencias más bajas tienen menos ancho de banda, lo que da como resultado una tasa de datos que es demasiado baja para la cadencia de imagen que crea SDO. Si bien la misión de SOHO es proporcionar coronógrafos en tiempo real, su cadencia y resolución de imagen son mucho más bajas, por lo que solo se transmite ocasionalmente a las estaciones DSN, y tanto las sondas STEREO como la Parker Solar Probe están diseñadas para almacenar imágenes durante períodos prolongados para su procesamiento fuera de línea. por lo tanto, puede esperar los momentos ideales para conectarse a una estación DSN. Los datos de los observatorios solares que están fuera de la órbita de la Tierra se retransmiten aún más a través de redes terrestres después de ser recibidos por una estación DSN, lo que agrega otro retraso en el procesamiento que la órbita única de SDO entre los observatorios espaciales está diseñada para evitar.

Es una respuesta tardía, pero para complementar la de @Ghedipunk:

Los últimos satélites geoestacionarios GOES cuentan con telescopios solares (EXIS y SUVI). (Ver wikipedia GOES-16)

La órbita geosíncrona también se consideró para el futuro telescopio espacial WFIRST debido a su alta tasa de datos planificada. Pero finalmente se eligió Sun-Earth L2 en su lugar debido a la menor radiación, la temperatura estable y la ausencia de contaminación lumínica de la Tierra y la Luna.