¿Qué tan grande podemos hacer un telescopio?

He mencionado en publicaciones anteriores que será mucho más barato construir inmensos instrumentos de observación basados ​​en el espacio que incluso acercarse al lanzamiento de una expedición interestelar.

Hay varias figuras de mérito que incluyen el área total de captación de luz y la separación de los puntos de captación de luz.

Imagine la nanotecnología que "hace crecer" un módulo a partir de material en el cinturón de asteroides y luego lo envía más allá del polvo del sistema solar interior. La tecnología puede registrar las formas de onda de luz visible e infrarroja con suficiente resolución para combinarlas de diferentes módulos y sintetizar una imagen de un espejo del tamaño de la separación. (Este tipo de grabación de síntesis retardada ha sido durante mucho tiempo una cosa para la observación de radiofrecuencia).

¿Qué tan pequeños se pueden ver los detalles de los exoplanetas? ¿Hay un rendimiento decreciente al hacer que los módulos distribuidos sean cada vez más grandes, o la resolución puede aumentar indefinidamente?

¿También importa la capacidad de captación de luz? ¿Cuál es el orden de magnitud correcto para que coincida con el aumento? De antemano, espero que el objetivo se ilumine tan brillante como la luz del día, solo que muy pequeño; ¿La luz total captada cambia con el tamaño aparente del objetivo?

Hoy en día, se necesita un escudo estelar para evitar que un planeta sea arrastrado por la estrella cercana. ¿Un campo de visión lo suficientemente estrecho lo haría simplemente innecesario, o hay algunos efectos ópticos relacionados con la separación absoluta de los objetivos?


resumen

  1. ¿Qué tan pequeños se pueden ver los detalles de los exoplanetas? matemáticas: separación entre módulos, tamaño de módulo individual y poder de resolución; poder de resolución a la distancia del exoplaneta y el tamaño de la característica terrestre.
  2. ¿Hay un rendimiento decreciente al hacer que los módulos distribuidos sean cada vez más grandes, o la resolución puede aumentar indefinidamente?
  3. ¿Cuál es la relación entre la capacidad de captación de luz, el brillo de la imagen y el tamaño del objeto fotografiado?
  4. ¿Usar con escudo estelar?
Usamos objetos grandes como cúmulos de galaxias para ver objetos distantes con más detalle. Sin embargo, esas lentes podrían necesitar un poco de pulido.
¿Qué debería ser este "polvo del sistema solar interior"?
@karl en.wikipedia.org/wiki/Zodiacal_light Recuerdo que el polvo afecta la visibilidad infrarroja dentro de la órbita o Júpiter aproximadamente.
¿Nadie está interesado en la recompensa aquí?
Estoy incentivando la contribución de @SilverCookies a un comentario para preservar los enlaces que él contribuyó (en una publicación que no es de ciencia dura y no resume la información importante del enlace: «... Escuché de un tipo que quiere construir un hipertelescopio "Básicamente, un interferómetro astronómico muy grande que abarca cientos de kilómetros. ¡ Dicen que podría resolver áreas del tamaño del Amazonas en exoplanetas!"
En realidad, hay muchas respuestas posibles (el uso de lentes gravitacionales como parte de su conjunto marcaría una gran diferencia, por ejemplo), pero el espejo práctico más grande del que tengo cifras es uno del tamaño de la órbita de la Luna, que podría resolver objetos 10 de kilómetros de tamaño desde 454 parsecs: nextbigfuture.com/2016/02/…

Respuestas (2)

Hay un par de preguntas diferentes allí, y voy a tratar algunas de ellas.

Primero, parece estar generalmente familiarizado con la síntesis de apertura , como lo insinúa en una de sus preguntas. Básicamente, eso significa que si tiene un montón de fuentes de datos comparativamente pequeñas (telescopios), puede fusionarlos en una imagen como si tuviera un telescopio con el diámetro de la distancia entre dos de ellos.

Esto le da una resolución angular mucho mejor de lo que podría esperar. Desafortunadamente, parece tener razón sobre el aspecto de los rendimientos decrecientes. Eche un vistazo a esto , que grafica el diámetro total de un telescopio contra su resolución angular para longitudes de onda de luz dadas. Está en una escala logarítmica y solo sube hasta los 10.000 km. En una escala astronómica, eso es aproximadamente el tamaño de la tierra.

Esto introduce un gran problema. Los humanos ya hacen algo así aprovechando el viaje anual de la Tierra alrededor del sol. Al tomar medidas con seis meses de diferencia (desde cualquier lugar de la Tierra), se obtiene un tamaño de plato efectivo de alrededor de 300 millones de kilómetros. Y resulta que, con un plato tan grande, la estrella más cercana todavía tiene solo 0,772 segundos de arco de ancho. Afortunadamente, eso parece estar dentro de un rango razonable (es decir, aparece en) al menos un eje del gráfico que vinculé anteriormente.

Mi conclusión es que realmente estoy malinterpretando algo aquí 1 , o debería poder obtener una imagen razonable (en alguna longitud de onda de luz) creando una nube satelital entre la Tierra y Marte. Si tienes que construirlo más grande, eso debería ayudar.

Como nota al margen, cuando comencé a investigar esta pregunta, esperaba necesitar un telescopio del tamaño del sistema solar o más grande, lo que implica que el límite del tamaño del telescopio es en realidad cuánto tiempo puede mantener el satélite alimentado (gritar a los Voyagers!) antes de que dejen de devolverte los datos. Me decepcionó gratamente eso.

1 Algunas matemáticas realmente ayudarían aquí para la verificación.

Entre la Tierra y Marte tiene el inconveniente de estar en el sistema solar interior lleno de polvo . Ir más lejos brinda una vista más clara, lo que es específicamente beneficioso para IR, pero también evita perturbar los fotones, lo que permite mediciones más delicadas. Y naturalmente te da un diámetro de más de mil millones de millas.
Parece que está confundiendo las mediciones de paralaje con los interferómetros. Actualmente hacemos mediciones de paralaje en todo el sistema solar. Los interferómetros tienen una resolución mucho mayor, pero actualmente para las mediciones ópticas se requiere que los haces se recombinen físicamente. El interferómetro óptico más grande (interferómetro óptico de precisión de la Marina) mide ~250 metros de ancho y tiene una resolución de imagen de ~3 mas (milisegundos de arco). Una vez que podamos recombinar haces en la escala del sistema solar... bueno, será increíble.
Para que la interferometría funcione, es necesario poder recibir señales de varias estaciones al mismo tiempo y recombinarlas con una precisión de tiempo menor que el período de las ondas de luz que recibe. En la práctica, esto significa recombinar físicamente las señales o mirar ondas de baja frecuencia (para que pueda registrar los picos y valles de la señal). El Event Horizon Telescope utilizará el último enfoque en la banda de microondas y está diseñado para obtener una imagen del agujero negro central de la Vía Láctea.
@MichaelSeifert: la interferometría de línea de base muy larga (VLBI) implica registrar observaciones individuales en cada telescopio (con, críticamente, marcas de tiempo de reloj atómico muy precisas), y luego enviar los datos (por ejemplo, en cintas) a una instalación central para su procesamiento y análisis. Por lo tanto, en realidad no necesita "recibir señales de varias estaciones simultáneamente".

Me alegra el corazón encontrar a otra persona que se haya dado cuenta de que los observatorios basados ​​en el espacio son mucho, mucho más baratos que las expediciones interestelares. Recopilarían la misma o posiblemente más información que nuestra primera generación de sondas interestelares. Quizás, los telescopios hipertecnológicos sean una solución a la paradoja de Fermi. Los extraterrestres no nos visitan ni deambulan por la galaxia porque sus telescopios hacen todo ese trabajo por ellos.

La síntesis de apertura es definitivamente un camino a seguir. Tanto los telescopios ópticos como los de radio pueden aumentar el tamaño a tamaños verdaderamente heroicos. Sin embargo, existe un observatorio astronómico alternativo que proporcionará una gran cantidad de información sobre gran parte de la galaxia. Básicamente explota la lente gravitacional formada por el Sol y esta se encuentra fuera del sistema solar. La misión FOCAL propuesta no necesita nueva tecnología. Aunque está mucho más allá de la tecnología espacial debido al tiempo de misión extremadamente largo. La lente gravitacional del Sol está a unas 550 UA de distancia. Eso es una genial distancia de 82,500,000,00. Se puede encontrar más información en los siguientes enlaces.

http://www.centauri-dreams.org/?p=785

https://en.wikipedia.org/wiki/FOCAL_(nave espacial)

http://www.newyorker.com/tech/elements/the-seventy-billion-mile-telescope

La misión FOCAL puede involucrar tanto telescopios ópticos como de radio. Los radiotelescopios son capaces de recopilar información que es mucho más información que en cualquier fotografía. Es posible imaginar un futuro anillo de observatorios FOCAL alrededor del sistema solar estudiando la galaxia con gran detalle. Seguirían siendo más baratos que enviar una sola nave estelar relativista.

El problema con eso es tu estación para observar un objetivo, y tienes una manera muuuuuy larga de moverla para mirar cualquier otra cosa.
No resuelve la versión de la paradoja de Fermi donde el crecimiento exponencial de la población consume los recursos de un sistema solar y una pequeña nave espacial se envía al siguiente. Repita y la galaxia podría estar llena de humanos con naves generacionales que transportan decenas de personas, 1 enviado a cada sistema estelar desde uno cercano.
@JDlugosz Punto interesante. Uno, los observatorios de tipo FOCAL podrían estar orbitando el Sol y trazando un arco de regiones observadas. Dos, es por eso que sugerí un anillo de FOCAL. Tres, muuuucho camino sí, pero no comparado con un viaje interestelar. Nada es perfecto.
@DonaldHobson. Ciertamente. Tampoco responde a una docena más de otras versiones de la paradoja de Fermi, incluido el viaje FTL. Es solo una sugerencia más plausible para los extraterrestres seguros a la mano. Espero que las civilizaciones de crecimiento exponencial se extingan en sus sistemas de origen. No podrán gastar los recursos para el vuelo estelar. Los barcos de generación con 10 de personas no son biológicamente viables; Se necesitan 100 a 1000, entonces es factible. El costo de los recursos sigue siendo muy alto. Estoy a favor del espacio, pero sé que no será fácil.
@a4android mi propia idea de creación de mundos pasa por alto este problema de viabilidad y la trama central consiste en estimularlos para que den el salto lo antes posible, impulsando el desarrollo tecnológico.
@JDługosz Eso es lo que debería hacer la creación de mundos, evitar los problemas de viabilidad e impulsar la trama empujando los eventos en la dirección correcta.
El fantasma de los comentarios pasados ​​vuelve para perseguirme. ¿Realmente escribí "extranjeros a mano"? ¿Qué estaba pensando mi cerebro? Cuando quise escribir" "extranjeros que se quedan en casa". Con razón @DonaldHobson lo ignoró. Las palabras incorrectas lo convierten en una tontería. Lo siento, amigo, mi error.