Космические и наземные телескопы для наблюдения экзопланет: что лучше?

[Грехов Михаил]

Девяносто метров. Я уже напоминал выше об австралийском интерферометре для разрешения размеров ближайших звёзд. Современные лучшие инструменты в прямом фокусе позволяют пока различить только самые крупные полосы и пятна на поверхности Бетельгейзе.

Боб, речь изначально в теме идет не об обнаружении каких-то деталей звезд (причем довольно крупных в угловой мере-Бетельгейзе) а об возможности телескопов наблюдать некий искусственный объект, созданный высокоразвитой цивилизацией. Он вряд ли будет размером более пары сотен километров (и это то сумасшедший размер - Москва в диаметре 30 километров). Не более того. Это на несколько порядков меньше, чем Бетельгейзе, которая с диаметр орбиты Земли. Так что ваши 90 метров тоже ни о чем. 

[bob]

Это на несколько порядков меньше, чем Бетельгейзе, которая с диаметр орбиты Земли. Так что ваши 90 метров тоже ни о чем.

Бетельгейзе больше.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%B3%D0%B5%D0%B9%D0%B7%D0%B5
Я просто сказал, что 25-30 метров даже для разрешения крупных деталей поверхности звёзд - это сверхоптимистично. Обнаружение же искусственных объектов, путём их непосредственного наблюдения в прямом фокусе, ясен пень, невозможно ни при каких технологиях.

[Rattus]

Если бы такое где-то было, это можно было бы обнаружить и современными средствами.

Вы имеете ввиду телескопы следующих поколений до E-ELT и ATLAST включительно?

[kama]

Запустим E-ELT и ATLAST, а там видно будет. Пусть голова болит у наших потомков .

[Ксавье]

Только по расчетам такие телескопы тоже фантастика. Даже если сделать телескоп диаметром с километр, то на расстоянии Альфы Центавра он увидит в неплохом виде диск Солнца. Если взять какой-нибудь сегодняшний самый большой искусственный объект цивилизации - допустим какой-нибудь искусственный остров, карьер, и др и даже увеличив его в 10 раз, то он будет во много раз меньше Земли и в десятки тысяч раз меньше Солнца. Даже увеличить размер телескопа до 10-ти километров в диаметре - то мы все-равно его не сможем увидеть в оптике. Слишком мал. Если увеличим телескоп в 100 раз я бы сказал что может быть увидим просто диск Земли без возможности отождествления на ней каких-то искусственных объектов. Даже на таких супертелескопах чтобы отождествить некий искусственный объект как искусственный объект он должен быть размером не менее чем с планету. некая "Звезда Смерти". Но такое вряд и существует, ибо малореально сделать.

Допустим есть планета (неважно какая)... Одну сторону планеты застроить полностью телескопами, связав в работе все как один. Это же какое мощное устройство получится)

[Rattus]

Запустим E-ELT и ATLAST, а там видно будет.

Ещё eLISA, FCC м прочие хиггсовские фабрики забыли. А также многостраданльный ITER. Причём по результатам работы всех этих строек века, похоже, видно будет если и не совсем ровно настолько, насколько возможно, то уже точно настолько, насколько сколь-нибудь полезно. Хоть тушкой, хоть чучелком, но фундаментальная наука в этом веке закончится почти вся. И это хорошо - потому что тогда

Пусть голова болит у наших потомков

как раз потомков мы от головной боли неопределённости через то и избавим: наращивать мощности им уже тогда будет совершенно незачем - и можно будет спокойно и вдумчиво заняться тем, на что в предыдущем веке не хватало времени - оптимизацией жизни с переходом к долговременному планированию.

[Грехов Михаил]

Ещё eLISA, FCC м прочие хиггсовские фабрики забыли. А также многостраданльный ITER

Нет предела совершенству. Всегда будет в науке что делать. В том числе и в фундаментальной. Например не хватает гравитационных телескопов (а это вообще новое направление и слабоизученное). Потом LSST доделают и информация с него повалит так, что мало не покажется. Помимо этого вот-вот включат в работу SKA. Китай достраивает 500м радиотелескоп. Есть после LHC проект будущего коллайдера FCC и рвануть с 14ТэВ на 100Тэв, а LHC - в роли предускорителя :-). К этому стоит добавить, что для своевременной обработки инфы должна повыситься мощность компьютеров раз в 20-50.

Так чта.... упор в фундаментальной науке еще не скоро. Нет и не предвидится даже для молодого подрастающего поколения.   

[Rattus]

Например не хватает гравитационных телескопов (а это вообще новое направление и слабоизученное).

Так eLISA упомянуто выше. Вместе с наземным треугольником 2eLIGO-eVirgo они перекроют всё что нужно, а на что-то более циклопическое денег никто уже никогда не даст (и правильно сделает!) - если оно вообще возможно физико-технически.

Потом LSST доделают и информация с него повалит так, что мало не покажется. Помимо этого вот-вот включат в работу SKA. Китай достраивает 500м радиотелескоп.

Вы полагаете, что до середины века с ними не справятся? И что потом кто-то даст денег на следующие - ещё более циклопические сооружения? Ну может SKA расширят до 20 км - как предлагал AlexAV - и до конца века тоже вполне можно уложиться.

Есть после LHC проект будущего коллайдера FCC

Так тоже упомянул - см. выше. И он тоже запланирован задолго до середины века. А дальше? Вы знаете - какова планируется длина FCC? 100 км. Чтобы углубляться в физику дальше - придётся строить ускоритель ещё в разы больше. Кто на это уже даст денег? Под какие обещания?? Судя по всему, FCC вполне может стать последним ускорителем частиц в истории Земли (если вообще будет построен).

К этому стоит добавить, что для своевременной обработки инфы должна повыситься мощность компьютеров раз в 20-50.

Пока "закон" Мура худо-бедно ковыляет - к тому моменту проблемой это стать не должно. Ещё 2-3 порядка - наверное достижимы. Но к середине века - всё это будет исчерпано полностью и окончательно.
Дальше просто некуда - ни экономически (прежде всего), ни технически, ни, во многом, даже физически.

Так чта.... упор в фундаментальной науке еще не скоро. Нет и не предвидится даже для молодого подрастающего поколения.

На наш век, безусловно, хватит. Детям - уже подобрать крошки до конца века и подвести итоги. А вот внукам - уже всё.

Всегда будет в науке что делать.

Только уже не в науке, а в инженерии (причём преимущественно био-).

[sharp]

Комментарий модератора раздела

Сходные темы объединены.

Если коротко, главным достоинством наземных телескопов является большая апертура. Которая, в свою очередь, определяет угловое разрешение.
\( \theta  = 1.22\frac{\lambda}{D} \)
Недостатки понятны - атмосфера, засветка. По этим причинам велика вероятность, что определение спектров экзопланет окажется невозможным прямым наблюдением с Земли, даже на самых больших апертурах. "Картинка" экзопланеты окажется безнадежно испорчена земной атмосферой и другими помехами.


У космических телескопов все ровно наоборот: атмосфера не мешает, но апертура невелика, поскольку и сами аппараты небольших размеров. Телескоп размером с МКС имел бы по сравнению с ними впечатляющую апертуру, но ориентация и наведение такого массивного аппарата - сложнейшая задача, к тому же затратная по энергии и рабочему телу.


Почему бы, однако, не совместить достоинства обоих видов телескопов, избавившись при этом от недостатков? Телескоп на Луне - отличная возможность это сделать. Твердая поверхность позволяет устойчиво зафиксировать телескоп с большим диаметром объектива и обеспечивает простоту и высокую точность ориентирования. Отсутствие атмосферы позволяет получать картинку без атмосферных помех. В темное время суток, без Солнца и Земли на небе - качество условий наблюдения  будет исключительным, недоступным ни для одного наземного или околоземного аппарата.


Есть у лунного телескопа свои проблемы, которые предлагаю обсудить:
1. Как доставлять оптику?
Почти все детали можно доставлять по частям и собирать телескоп на месте. Однако, если мы делаем телескоп с большой апертурой, это означает большой диаметр (десятки метров) линз и зеркал. Что целесообразнее - доставка хрупкого крупногабаритного груза, или изготовление оптики на месте? Например, путем 3D-печати?


2. Где размещать телескоп?
Обратная сторона Луны позволит телескопу никогда не видеть Землю и исключить засветку - с этим понятно. А вот широта вызывает сомнения: чем ближе к экватору, тем сильнее в течение дня прогревается грунт, создавая проблемы с теплоотводом. Ближе к полюсам эта проблема стоит менее остро, однако сокращается количество звезд, доступных для обзора.

[FRIM@N]

Особого смысла размещать телескоп на луне нет. Много недостатков.
1. Лунная пыль! Она мелкая и наэлектризованная, экипажи "апполонов" жаловались что она проникает во все щели. Соответственно если телескоп оптический с чистотой поверхности будут большие проблемы.
2. Гравитация. Она хоть небольшая, но есть. Соответственно потребуются какие то несущие конструкции. Посадка грузовых кораблей и взлет тоже будет задачей.
3. Луна далеко, даже сейчас в 2016 году просто экспедиция на луну класса флагофтыка нетривиальная задача, не говоря уже о каком то строительстве.
4. Ограничения в обзоре, как ни крути в конкретный момент времени обзор ограничен плоскостью лунной поверхности. Это самая несущественная деталь, но тем не менее.
Особых плюсов нет, поэтому ИМХО гораздо выгодней телескоп разместить в космосе. Минимум веса, обзор 360 градусов, в любой момент можно повернуть куда требуется. Затраты на монтаж приемлемые, ибо невесомость, можно работать относительно маломощными манипуляторами, а на луне уже потребуется какая никакая строительная техника. Экономия в топливе, не надо тратится на прилунение, взлет и телескоп будет значительно ближе.
Самое главное телескоп в космосе можно смонтировать уже сейчас, а построить что то на луне, я сомневаюсь что удастся это сделать в ближайшие несколько тысяч лет.

1. Как доставлять оптику?
Почти все детали можно доставлять по частям и собирать телескоп на месте. Однако, если мы делаем телескоп с большой апертурой, это означает большой диаметр (десятки метров) линз и зеркал. Что целесообразнее - доставка хрупкого крупногабаритного груза, или изготовление оптики на месте? Например, путем 3D-печати?

Таких технологий 3D-печати сейчас нет, возможно ли это будет в будущем неизвестно. Речь идет о точности в несколько нанометров.

2. Где размещать телескоп?
Обратная сторона Луны позволит телескопу никогда не видеть Землю и исключить засветку - с этим понятно. А вот широта вызывает сомнения: чем ближе к экватору, тем сильнее в течение дня прогревается грунт, создавая проблемы с теплоотводом. Ближе к полюсам эта проблема стоит менее остро, однако сокращается количество звезд, доступных для обзора.

Засветка от земли в космосе равна нулю. Это вообще не проблема. Относительно теплоотвода, нет разницы где будет находится телескоп, на луне нет атмосферы. Теплозащиту все равно придется устанавливать.

[Санек gr.]

Недостатки понятны - атмосфера, засветка. По этим причинам велика вероятность, что определение спектров экзопланет окажется невозможным прямым наблюдением с Земли, даже на самых больших апертурах. "Картинка" экзопланеты окажется безнадежно испорчена земной атмосферой и другими помехами.

Вот, что вычитал из вики, цитата:

Помимо космических миссий, в будущем планируется развивать наземные инструменты. К примеру, на строящемся Европейском чрезвычайно большом телескопе будет установлено оборудование, способное к изучению атмосферы экзопланет

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BA%D0%B7%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B0

[LV46]

Полностью поддерживаю автора о лунном телескопе. Я эту мысль высказывал еще год назад в какой-то из тем о Луне.
4-х-метровое зеркало на Луне обеспечит такой же результат, как и 30 или даже 40-метровое на Земле. Да еще и шестикратное снижение веса. Такой телескоп не требует топлива, в отличии от космических и отсутствием обслуживания (если ничего не сломается). Управление с Земли.
А теперь о скептиках.

1. Лунная пыль! Она мелкая и наэлектризованная, экипажи "апполонов" жаловались что она проникает во все щели.

Может там и ветер есть, который эту пыль будет разносить?

2. Гравитация. Она хоть небольшая, но есть. Соответственно потребуются какие то несущие конструкции.

Какие-такие нереализуемые (громоздкие, тяжелые и т.д.) несущие конструкции потребуются для зеркала, например, 4 метра?

3. Луна далеко, даже сейчас в 2016 году просто экспедиция на луну класса флагофтыка нетривиальная задача

Главное захотеть. И Луна сразу окажется близко. А так оно и Австралия далеко.

Ограничения в обзоре, как ни крути в конкретный момент времени обзор ограничен плоскостью лунной поверхности.

То есть нечего наблюдать? А у земных телескопов, что, разве не так?

[LV46]

1. Как доставлять оптику?Почти все детали можно доставлять по частям и собирать телескоп на месте. Однако, если мы делаем телескоп с большой апертурой, это означает большой диаметр (десятки метров) линз и зеркал. Что целесообразнее - доставка хрупкого крупногабаритного груза, или изготовление оптики на месте?

Не десятки метров. В посте выше я говорил, что достаточно 4-метрового размера.
Доставлять целиком. Тяжелой ракетой за один раз. Точность изготовления зеркала не позволяет пока что изготовлять зеркало на месте. Зеркало Хаббла полировали уйму времени при помощи сложных роботизированных механизмов. Так что только доставка, причем одним кораблём за один раз. А то сейчас набегут космические "изобретатели" будут предлагать по 10 ракет запускать.

[Кремальера]

Телескопы на телах СС -это казус из юного техника затертых годов.Инструмент придется обслуживать.И роботизация тут пока не светит.С Хабблом -это кое-как выходило,но вот относительно Кеплера ...Многие сейчас кусают локти что до него не добраться.А тут придется садится/взлетать.

[LV46]

Раз в десять лет можно и прилететь на обслуживание. К Хабблу летали не потому что он требует обслуживания, а устранять косяки. А Кеплер и так работает нормально.  Другое дело, если б вообще не работал.

[sharp]

1. Лунная пыль! Она мелкая и наэлектризованная, экипажи "апполонов" жаловались что она проникает во все щели. Соответственно если телескоп оптический с чистотой поверхности будут большие проблемы.

Поскольку ветра нет, эту проблему достаточно легко победить.

Посадка грузовых кораблей и взлет тоже будет задачей.

Конечно, будет. И человек не был бы человеком, если бы не решал задачи.

Особых плюсов нет, поэтому ИМХО гораздо выгодней телескоп разместить в космосе. Минимум веса, обзор 360 градусов, в любой момент можно повернуть куда требуется. Затраты на монтаж приемлемые, ибо невесомость, можно работать относительно маломощными манипуляторами, а на луне уже потребуется какая никакая строительная техника.

Как уже упомянул в стартовом посте, космический телескоп сильно ограничен по размерам. Почитайте например статью про Gaia в википедии, там описано как осуществляется ориентация телескопа и какие в связи с этим возникают трудности.
А при линейном увеличении размеров будет кубически расти масса. Увеличив апертуру в 10 раз, мы в 1000 раз усложним ориентацию телескопа.

Относительно теплоотвода, нет разницы где будет находится телескоп, на луне нет атмосферы. Теплозащиту все равно придется устанавливать.

На полюсах вообще есть кратеры вечной ночи. Они довольно большого диаметра, то есть стенки кратера сократят обзор незначительно. Однако соглашаясь на полюс, мы ограничиваем себя только одной полусферой.

Не десятки метров. В посте выше я говорил, что достаточно 4-метрового размера.

4-метровые и для обычного космического телескопа не проблема. Поэтому на Луне нужно строить что-то принципиально бОльших размеров, хотя бы 50-100 метров.

[sharp]

Телескопы на телах СС -это казус из юного техника затертых годов.

Семенов предлагал как-то даже интерферометр на Луне. Но это следующий шаг, после того как появится и будет успешно работать хотя бы один лунный телескоп.

[sharp]

Наглядная диаграмма - зависимость углового разрешения от длины волны и апертуры.
Желаемый результат - 0.001-0.003'' для видимого диапазона. При отсутствии атмосферной аберрации, само собой.

[LV46]

4-метровые и для обычного космического телескопа не проблема. Поэтому на Луне нужно строить что-то принципиально бОльших размеров, хотя бы 50-100 метров.

4-х-метровое зеркало на Луне обеспечит такой же результат, как и 30 или даже 40-метровое на Земле.

Этого достаточно для того, чтобы а) получать изображения лучше хаббловских б) (самое главное) протестировать весь процесс на предмет "подводных камней", каких-то неучтенных моментов и т.д.
Короче говоря наработать такой драгоценный опыт. Сразу ни с того, ни с сего 100метровый телескоп да еще и на Луне слишком рискованно строить такую сложную конструкцию, не имея опыта.

[sharp]

Ну вот Webb собираются запускать с 6-метровым зеркалом. На Луну надо что-то более основательное.