¿Por qué estamos construyendo telescopios terrestres más grandes en lugar de lanzar otros más grandes al espacio?

Es más barato.

(1) Con la óptica adaptativa puede obtener una resolución de 0,1 segundos de arco en el suelo (es cierto que solo en la cima de una montaña con un flujo de aire particularmente bueno, ¡pero aún así!). Esto elimina una de las principales ventajas del espacio hasta que se obtiene por encima de varios metros de diámetro del espejo.

(2) Los carenados de cohetes son los obenques que protegen las cargas útiles durante las velocidades atmosféricas supersónicas alcanzadas durante el lanzamiento. Un carenado de 5 metros es lo más grande que se puede volar, lo que limita el tamaño de los espejos de una pieza que se pueden lanzar. (El espejo del Dreaded Webb Telescope está formado por piezas que se ensamblarán solas en el espacio, una pieza de diseño muy aterradora y muy costosa).

(3) El mantenimiento de un telescopio en la cima de Mauna Kea o en los altos Andes chilenos es un proceso difícil y costoso. Dar servicio a un telescopio en órbita hace que parezca un pequeño cambio. (Costo comparable al costo de construir un nuevo telescopio gigante en la Tierra). Y el servicio en órbita ni siquiera se puede realizar con la tecnología actual, excepto en la órbita terrestre baja.

(4) Si bien la alta resolución es una frontera en astronomía, profundizar es otra, y profundizar requiere grandes espejos. Un espejo de 30 metros en la Tierra recoge mucha más luz que un espejo de 5 metros en el espacio. Los telescopios terrestres gigantes simplemente hacen un mejor trabajo como cubos de luz para la espectroscopia que cualquier cosa que podamos poner en el espacio.

La conclusión es que con el desarrollo de la óptica adaptativa, los telescopios espaciales del tamaño que actualmente se puede construir y lanzar perdieron su principal ventaja sobre los telescopios terrestres. Y dado que cuestan entre 10 y 100 veces el costo, simplemente no vale la pena construirlos para muchos propósitos.

Los telescopios basados ​​en el espacio todavía tienen una ventaja significativa en partes del espectro bloqueadas por la atmósfera, como UV e IR (Webb), y para ciertas tareas que involucran fotometría de alta precisión a largo plazo (Kepler) y astrometría (Gaia). Pero para uso general, la balanza parece estar firmemente del lado del suelo para telescopios grandes.

Esto cambiará si los vuelos espaciales se vuelven más baratos: el SpaceX BFR, por ejemplo, con su carenado de 9 metros y costos de lanzamiento drásticamente más bajos, ofrece una gran esperanza para los telescopios espaciales.

Además de la gran respuesta de Mark...

¿Por qué estamos construyendo telescopios terrestres más grandes en lugar de lanzar otros más grandes al espacio?

Si tuviera dinero para dos casas, una cerca del trabajo y una 'cabaña de verano' en el bosque, ¿cómo dividiría su presupuesto?

Esta pregunta es una continuación de ¿Los telescopios más grandes equivalen a mejores resultados?

Sí, y no soy fanático de esas respuestas, tal vez @MarkOlson tampoco esté impresionado.

Esas respuestas extrañan la óptica adaptativa (descartándola como costosa y no particularmente efectiva) y la capacidad de actualizar fácilmente todo excepto el tamaño del edificio y el espejo principal.

¿Cuánto más grande tiene que ser un espejo terrestre para que coincida con lo que puede hacer uno basado en el espacio? Supongo que estoy preguntando principalmente por la luz visible, pero también estoy interesado en general.

No se trata tanto de "cuánto más grande", sino de "comercializar efectivamente su idea, asegurar la mayor cantidad de fondos posible y construir el edificio más grande con el espejo principal más grande posible". Profundice y construya lo que pueda, no se actualice tanto como pueda: los sensores y las supercomputadoras pueden arreglar el resto.

Supongo que en tierra estás a salvo de los micrometeoritos, por lo que probablemente dure más. ¿En qué momento se vuelve más barato construir un telescopio en la luna o algo así?

Los telescopios terrestres y espaciales son útiles, los basados ​​en la luna no tanto.

Cuando "The Acme Telescope Company" abra su primera tienda en la luna, el precio de compra bajará, hasta entonces la Tierra y el espacio serán más baratos. Con base en el espacio, puede encontrarse con usted a mitad de camino para reparaciones, con base en tierra (incluso en la cima de una montaña), una instalación de reparación a menudo está cerca.

En Paranal, el edificio de mantenimiento de espejos está ubicado en la cima de la montaña, cerca de los espejos.

El artículo de Scientific America: ¿Es el telescopio espacial James Webb "demasiado grande para fallar"? explica:

“Suponiendo que lleguemos a la trayectoria de inyección a Tierra-Sol L2, por supuesto, el siguiente paso más arriesgado es desplegar el telescopio. Y a diferencia del Hubble, no podemos salir y arreglarlo. Ni siquiera un robot puede salir y arreglarlo. Así que estamos asumiendo un gran riesgo, pero con una gran recompensa”, dice Grunsfeld.

Sin embargo, se están realizando modestos esfuerzos para hacer que JWST sea "servible" como Hubble,según Scott Willoughby, gerente de programa de JWST en Northrop Grumman Aerospace Systems en Redondo Beach, California. La empresa aeroespacial es el contratista principal de la NASA para desarrollar e integrar JWST, y se le ha encomendado la provisión de un "anillo de interfaz de vehículo de lanzamiento" en el telescopio que podría ser "agarrado por algo", ya sea un astronauta o un robot operado de forma remota, dice Willoughby. Si se enviara una nave espacial a L2 para atracar con JWST, podría intentar repararla o, si el observatorio funciona bien, simplemente llenar su tanque de combustible para extender su vida útil. Pero actualmente no hay dinero presupuestado para tales actos heroicos. En el caso de que el JWST sufra lo que aquellos en los vuelos espaciales discretamente llaman un "mal día", ya sea debido a un percance del cohete, un problema de despliegue o algo imprevisto, Grunsfeld dice que actualmente hay un conjunto de observatorios en el espacio,

Anillo de interfaz de vehículo de lanzamiento (LVIR) Piezas forjadas (2) entregadas

Cita del sitio web " Telescopio espacial James Webb " (JWST):

El espejo primario completo será 2,5 veces más grande que el diámetro del espejo primario del telescopio espacial Hubble, que tiene 2,4 metros de diámetro, pero pesará aproximadamente la mitad.

El telescopio espacial James Webb recolectará luz aproximadamente 9 veces más rápido que el telescopio espacial Hubble cuando se toman en cuenta los detalles de los tamaños, formas y características relativas de los espejos en cada diseño", dijo Eric Smith, científico del programa JWST en la sede de la NASA. Washington. La mayor sensibilidad permitirá a los científicos ver cuándo se formaron las primeras galaxias justo después del Big Bang. El telescopio más grande tendrá ventajas para todos los aspectos de la astronomía y revolucionará los estudios sobre cómo se forman y evolucionan las estrellas y los sistemas planetarios.

Ver también: " Telescopio Webb vs Hubble ":

... los objetos más distantes se desplazan más al rojo, y su luz es empujada desde el UV y el óptico al infrarrojo cercano. Por lo tanto, las observaciones de estos objetos distantes (como las primeras galaxias formadas en el Universo, por ejemplo) requieren un telescopio infrarrojo.

Esta es la otra razón por la que Webb no reemplaza al Hubble porque sus capacidades no son idénticas. Webb observará principalmente el Universo en el infrarrojo, mientras que el Hubble lo estudiará principalmente en longitudes de onda ópticas y ultravioleta (aunque tiene cierta capacidad de infrarrojos). Webb también tiene un espejo mucho más grande que el Hubble. Esta área de recolección de luz más grande significa que Webb puede mirar más atrás en el tiempo de lo que Hubble es capaz de hacer. Hubble está en una órbita muy cercana alrededor de la tierra, mientras que Webb estará a 1,5 millones de kilómetros (km) de distancia en el segundo punto de Lagrange (L2).

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¿Hasta dónde verá Webb?

Debido al tiempo que tarda la luz en viajar, cuanto más lejos está un objeto, más atrás en el tiempo estamos mirando.

Esta ilustración compara varios telescopios y qué tan atrás pueden ver. Esencialmente, el Hubble [HST] puede ver el equivalente de "galaxias infantiles" y el Telescopio Webb [JWST] podrá ver "galaxias bebés". Una razón por la que Webb podrá ver las primeras galaxias es porque es un telescopio infrarrojo. El universo (y por lo tanto las galaxias en él) se está expandiendo. Cuando hablamos de los objetos más distantes, el Relativo General de Einstein realmente entra en juego. Nos dice que la expansión del universo significa que es el espacio entre los objetos lo que realmente se estira, causando que los objetos (galaxias) se alejen unos de otros. Además, cualquier luz en ese espacio también se estirará, cambiando la longitud de onda de esa luz a longitudes de onda más largas. Esto puede hacer que los objetos distantes sean muy tenues (o invisibles) en las longitudes de onda visibles de la luz, porque esa luz nos llega como luz infrarroja. Los telescopios infrarrojos, como el Webb, son ideales para observar estas primeras galaxias.

Las actualizaciones en las técnicas ópticas adaptativas están en curso, consulte: " Imágenes diferenciales coherentes rápidas en telescopios terrestres utilizando la cámara autocoherente " (7 de junio de 2018), por Benjamin L. Gerard, Christian Marois y Raphaël Galicher:

"Desarrollamos el marco para uno de esos métodos basado en la cámara autocoherente (SCC) que se aplicará a los telescopios terrestres, llamado Fast Atmospheric SCC Technique (FAST). Mostramos que con el uso de un coronógrafo especialmente diseñado y coherente Algoritmo diferencial de imágenes, la grabación de imágenes cada pocos milisegundos permite una sustracción de motas atmosféricas y estáticas mientras mantiene un rendimiento algorítmico de exoplanetas cercano a la unidad. Las simulaciones detalladas alcanzan un contraste cercano al límite de ruido de fotones después de 30 segundos para un paso de banda del 1% en la banda H en estrellas de magnitud 0 y 5. Para el caso de magnitud 5, esto es aproximadamente 110 veces mejor en contraste bruto que lo que se logra actualmente con los instrumentos ExAO si extrapolamos durante una hora de tiempo de observación, lo que ilustra que la mejora de la sensibilidad de este método podría desempeñar un papel esencial en la futura detección y caracterización de exoplanetas de menor masa".

En resumen, a veces pueden eliminar por completo la atmósfera. Se vienen mejoras.

ESO 4LGSF - Instalación de estrellas guía láser - Se utilizan cuatro láseres para crear estrellas guía para el AO.

Respondiendo a su subpregunta sobre la construcción en la luna: esto está sujeto a los mismos costos y restricciones de lanzamiento que un alcance basado en el espacio, además de que tiene que lidiar con el aterrizaje y la caída gravitacional. Entonces, lo primero que necesita es una base lunar en funcionamiento que pueda fabricar todos los componentes a partir de materias primas locales. Una vez que esté en su lugar (inserte una gran risa aquí), aún necesitará óptica adaptativa (al igual que los osciloscopios de elementos múltiples como JWebb) para la alineación y las compensaciones de caída gravitacional, pero como son estáticas, no necesita la alta frecuencia requerida en la Tierra para manejar las aberraciones atmosféricas. Querrás construir sobre el "lado oscuro" para que la luz terrana no arruine todo.

Respuesta a telescopios en la luna. Estar en la superficie de la luna crea problemas en comparación con flotar libremente en el espacio lejos de cualquier planeta/luna. La gravedad distorsiona los espejos/la mecánica, requiere ingeniería adicional para soportar el peso, la luna bloquea la mitad del cielo en cualquier momento, la emisión térmica desde el suelo, los cambios de temperatura con el ciclo día-noche, el polvo...

El lado oculto de la luna sería el mejor lugar para hacer observaciones de radio de baja frecuencia. La luna bloquea todas las emisiones de la tierra.