Космические и наземные телескопы для наблюдения экзопланет: что лучше?

[Андрей Курилов]

На такую сумму думаю возможно было бы построить по паре 200-300 метровых наземных телескопов (в Чили и на Гаваях).

В спектральном диапазоне JWST нельзя было бы.

[vsf]

Поэтому думаю пока Вебб не запустят в космосе ни на какой другой новый крупный космический телескоп у американцев в этом десятилетие денег не останется.

Запустят дешевый TESS и все. Если Вебб проработает нормально хотя бы 1 год то это уже будет грандиозный успех  Но шансы на это не высоки. 

Как избавятся от запустят этот "пожиратель денег" так может быть на другое полезное дело деньги освободятся.

[vsf]

На такую сумму думаю возможно было бы построить по паре 200-300 метровых наземных телескопов (в Чили и на Гаваях).

В спектральном диапазоне JWST нельзя было бы.

Видел противоположные утверждения. Преимущества у Вебба перед 30-40 метровыми телескопами в ближнем ИК для фотографирования и спектроскопии не велики.
Конечно у Вебба хорошая орбита для сверхдлительных экспозиций на что не способны наземные телескопы, но эта же орбита крайне затрудняет нормальное обслуживание, которое никогда не будет дешевым.
http://www.eso.org/sci/publications/messenger/archive/no.140-jun10/messenger-no140.pdf
Прикрепленный файл из этого документа.

[vsf]

Даже и сейчас если рассматривать спектр наиболее интересной транзитной планеты из открытых - GJ1214b то видно что наземные телескопы получили гораздо больше точек в транзитном спектре, чем космические. И при этом величина погрешностей сравнима.



Bean 2011 http://arxiv.org/abs/1109.0582 VLT+FORS и Magellan+MMIRS
Berta 2012 http://arxiv.org/abs/1111.5621 HST+WFC3
Croll 2011 http://arxiv.org/abs/1104.0011 CFHT+WIRCam
de Mooij 2012 http://arxiv.org/abs/1111.2628 INT 2.2m MPI/ESO NOT WHT
Desert 2011 http://arxiv.org/abs/1103.2370 Spitzer-IAC


Преимущество космических телескопов продолжает уменьшаться в области спектров и фотографических планет.

[vika vorobyeva]

Может, отделить дискуссию о преимуществах наземных телескопов в отдельную ветку?

[vsf]

Может, отделить дискуссию о преимуществах наземных телескопов в отдельную ветку?

Зачем? Тема и о будущих возможностях в том числе и адаптивной оптики. К примеру сегодняшняя новость из соседнего раздела:

http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=4492

Новый телескоп может делать самые точные в мире космические фотографии
Астрономы получили самые точные в мире фотографии ночного неба в видимом свете, с помощью новой камеры и «адаптивной оптической» системы телескопа «Magellan», которая сводит на нет размытие эффектов из-за атмосферы Земли.
Знаменитый телескоп «Magellan» с адаптивными вторичными, автоматическими зеркалами «Magao» ASM, высотой более 9 метров, с главным зеркалом, диаметром более 6 метров.
Отличное фотографическое качество снимков, обуславливается 6,5 метровым главным зеркалом телескопа «Magellan», который находится в пустыне Атакама в Чили. Телескоп делает снимки, изображения на которых в два раза более четкие, чем фотографии полученные от космического телескопа НАСА «Хаббл», говорят исследователи.
По словам Лэрда Клоуза, из Университета штата Аризона и ответственного за этот проект исследователя: «Теперь мы можем разглядеть объект размером примерно с копейку, на расстоянии более ста километров. Могу привести и другой пример, телескоп настолько точный, что мы можем увидеть и бейсбольный мяч на нашей Луне».
Хаббл, всегда делал лучшие космические снимки видимого света для ученых. Ограничения налагаемые на его относительно небольшие 2,4 м зеркала с лихвой компенсируется тем, что телескоп находится выше атмосферы Земли. Но система адаптивной оптики разработанная Клоузом и его коллегами смогла свергнуть почтенный космический телескоп с его пьедестала.
Клоуз и его коллеги уже сообщают о первых открытиях сделанных при помощи нового телескопа в трех статьях, опубликованных 21 августа в «Astrophysical Journal».

[vsf]

И в Архиве тоже говорят о рекордах этой АО

http://arxiv.org/abs/1308.4155

In the good-median seeing conditions of Magellan (0.5-0.7") we find MagAO delivers individual short exposure images as good as 19 mas optical resolution. Due to telescope vibrations, long exposure (60s) r' (0.63 micron) images are slightly coarser at FWHM=23-29 mas (Strehl ~28%) with bright (R<9 mag) guide stars. These are the highest resolution filled-aperture images published to date.

http://arxiv.org/abs/1308.4147

We present high resolution adaptive optics (AO) corrected images of the silhouette disk Orion 218-354 taken with Magellan AO (MagAO) and its visible light camera, VisAO, in simultaneous differential imaging (SDI) mode at H-alpha. This is the first image of a circumstellar disk seen in silhouette with adaptive optics and is among the first visible light adaptive optics results in the literature.

[vika vorobyeva]

Тогда, чтобы держаться темы, посчитайте, какой увидит Солнечную систему этот самый Магеллан с расстояния ну хотя бы 10 пк. Различит ли он хотя бы Юпитер?

[vsf]

Тогда, чтобы держаться темы, посчитайте, какой увидит Солнечную систему этот самый Магеллан с расстояния ну хотя бы 10 пк. Различит ли он хотя бы Юпитер?

Юпитер и Сатурн в перспективе думаю сможет. Там будет угловое разделение примерно в 500 mas, а у Маггелана уже смогли разделить двойную звезду с известным угловым расстоянием в 32 mas.

В новостях приводятся подробности о новой оптике:

http://www.space.com/22467-telescope-takes-sharpest-night-sky-images.html

The team's "Magellan Adaptive Optics" system, or MagAO for short, uses a magnetic field to float a razor-thin, 2.8-foot-wide (0.9 m) mirror 30 feet (9 m) above the Magellan telescope's main mirror. This small, curved mirror can change its shape at 585 points on its surface 1,000 times every second, researchers said.

Как я понял вторичное зеркало диаметром в 90 см плавает на магнитном поле с точностью до волоска на высоте в 9 метров над главным 6-метровым зеркалом. За счет этого его можно изгибать в 585 точках со скоростью в 1000 раз каждую секунду.

Думаете это физический предел технологии? Сделают в будущем не 585 точек, а сразу 1000 или 10000 и изображение наземного телескопа ничем не будет хуже космического.

[Андрей Курилов]

Может, отделить дискуссию о преимуществах наземных телескопов в отдельную ветку?

Пожалуй. Надоело в этой теме читать про негодность космических телескопов. И вроде бы никто особо и не спорит, но всё продолжается.

[Golossvyshe]

Так а какой смысл спорить, если трщ vsf отстаивает преимущества галер перед пароходами. Следует оставить его в этом приятном заблуждении.

Вообще-то я и не думал даже, что кто-то из астрономов может оспаривать преимущества космических телескопов. Достаточно сравнить возможности "хаббла" и любого из наземных инструментов 2-метрового класса. А ведь "хаббл" весьма скромный по нынешним меркам инструмент. С ростом апертуры возможности орбитальной оптики растут стремительно, так что, собственно, непонятно, о чём вообще можно спорить.   

Косвенные методы, это же от нищеты. Воздушные шары при отсутствии самолётов. Это предварительный этап ввиду отсутствия нужного инструментария. Который должен закончиться чем скорее, тем лучше.

Однако трщ vsf, очевидно, считает иначе.
 Если такая точка зрения возобладает, то и через 20 лет достижения экзопланетной астрономии будут представлять пухлый гроссбух - и только.

[alex_semenov]

Что лучше? Быть здоровым и богатым или бедным и больным?
 
 
Я тоже за экзопланетные телескопы.
Особенно мне нравиться использовать для этого Луну…
 
Но, к сожалению (или к счастью), пока наземные телескопы не исчерпают тот БЛЕСТЯЩИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОРЫВ которые они сейчас переживают, о развитии  ДОРОГУЩИХ космических телескопов вряд ли стоит заикаться…
Насколько я понимаю сейчас (с начала 90-х) наземное телескопостроение движется семимильными шагами. Ключевая технология - адаптивная оптика (лазеры, компьютеры, прецизионная механика).
Два радикальных улучшения за счет этого далеко не исчерпаны: коррекция дребезжания атмосферы (главный козырь космических телескопов) и создание огромных но легких "плавающих" зеркал.
Когда это все здесь на земле закончится, скажем повысить качество изображения за счет компенсации колебаний атмосферы больше не получится, а диаметр наземных зеркал больше гнать будет некуда (догонят ли они по размерам некоторые радиотелескопы?), тогда  только наступит время опять вспомнить о внеатмосферных телескопах…

Кстати, а кто знает где впервые была выдвинута идея "лазерной звезды" для компенсации колебаний атмосферы?
Я, например, с удивлением обнаружил эту идею в журнале "В мире науки" за 1982-й год (кажестя). И знаете для чего она там предлагалась? Для коррекции оптики боевых эксимерных лазеров в рамках программы СОИ. Лазер собирались оставить на земле, а в космосе летало только перенаправяющее на перехватываемые ракеты зеркало. Луч с земли шел через атмосферу и сильно искажался в самом начале. Неприятное явление. Так вот чтобы влияние атмосферы снизить, предлагалось слать от  спутника-зеркала опорный лазенрый луч, принимая который и наблюдая его дребезжание  земная станция подстраивала  по нему адаптировать зеркало.

Возможно идея появилась раньше. Но не удивлюсь, если окажется, что реально деньги вложили в эту технологию только по линии Пентагона.
 

[-Asket-]

Теребиж В.Ю. "Современные оптические телескопы" // М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 80 с.
В течение четверти века суммарная площадь зеркал всех астрономических телескопов, работающих в оптическом диапазоне длин волн, возросла почти в 10 раз. Современные инструменты позволяют получить более детальные изображения объектов, чем их предшественники, в частности, преодолен «атмосферный барьер» качества изображений. Почему стал возможным столь быстрый прогресс? Как устроены новые телескопы? Какие проекты будут реализованы в ближайшие годы? Эти вопросы и обсуждаются в брошюре. Прослеживается историческая преемственность идей, определяющих развитие телескопостроения.
Предназначена для студентов, специализирующихся в области астрономии, научных работников смежных специальностей и широкого круга людей, интересующихся естествознанием.

[Erandir]

Думаю, здесь эта ссылка лишней не будет – стоимость оптических наземных инструментов различных классов:
http://www2.lowell.edu/users/gerard/publications/van_belle_meinel2_2004.pdf
А то, сколько стоит космос знают если не все, то многие, особенно американский космос, а с наземным же сектором приходится рыть. Все цены приведены на 2000 год, что бы пересчитать на 2013 нужно учесть инфляцию в 35,7%. Т.е. Кек стоит на современные деньги 188,7 M$, а Субару – 230,6 M$.
Также в статье показана тенденция удешевления единицы светособирающей поверхности:

[-Asket-]

Теребиж о стоимости телескопов:

9.8 Стоимость телескопов
Нет нужды доказывать, что стоимость телескопов играет не последнюю роль при выборе диаметра апертуры, оптической схемы, конструкции башни и всех сопутствующих технологических решений. Телескоп – сложное устройство, включающее в себя предельно точную оптику огромных размеров, лучшие на данный момент детекторы света и обширный комплекс научной и обслуживающей аппаратуры. В совокупности это стоит порядка десятков – сотен миллионов долларов США (M$), что, впрочем, совсем немного по сравнению с кораблями, самолетами и другими системами военного назначения. Космические телескопы сильно разнятся от наземных и друг от друга, так что вопрос об их стоимости требует особого рассмотрения.
Отвлекаясь от умеренных частных отклонений, Рул (1971) и Мейнел (1978) выяснили, что стоимость телескопа С степенным образом зависит от его диаметра: C≈kD_m^v
где диаметр апертуры измеряется в метрах, а показатель степени ν≈2.5−2.8. В пересчете на цены 1998 г., выраженные в M$, постоянная k равна примерно 0.71. Полагая для определенности ν=2.6, можно было ожидать, что телескопы диаметром 8.2 м, 9.8 м и 25 м будут стоить, соответственно, 170, 270 и 3000 M$. Между тем, затраты на телескоп Subaru (Япония) диаметром 8.2 м составили около 100 M$; проект VLT, включающий в себя строительство четырех основных телескопов диаметром 8.2 м каждый и нескольких вспомогательных телескопов, оценивается в 200 M$. Бюджет двойного телескопа LBT (8.4м × 2) составил 88 M$. Затраты на первый 9.8-м телескоп Keck достигли 94 M$, проработка технологии на первом экземпляре заметно сказалась на стоимости второго рефлектора: 78 M$. Самый крупный на данный момент телескоп – GTC диаметром более 10 м – стоил 112 M$. Наконец, ожидаемая стоимость весьма сложного проекта LSST составляет около 200 M$.
Таким образом, стоимость современных наземных телескопов гораздо ниже той суммы, в которую их оценили бы четверть века назад. Конечно, это обусловлено новым уровнем технологии: использование легких и светосильных зеркал радикально уменьшает и упрощает монтировки телескопов и башни. Здесь важны практически все факторы, которые были перечислены во Введении и данном разделе. На старом технологическом уровне проекты строительства телескопов диаметром более 20 м были совершенно нереальны, тогда как сейчас стоимость таких проектов, будучи достаточно большой – порядка нескольких миллиардов долларов, – остается в разумных пределах.
Привлекательное исключение из указанной выше зависимости составляют телескопы HET и SALT стоимостью, соответственно, 13.5 и 10 M$ при диаметре 9.2 м. Причину этого мы уже обсуждали. Столь резкое отклонение от среднего говорит в пользу разработки специализированных телескопов; их возможности в некоторых отношениях ограничены, но это возмещается наличием многих универсальных инструментов.

[vsf]

Вообще-то я и не думал даже, что кто-то из астрономов может оспаривать преимущества космических телескопов.

То что преимущество космических телескопов значительно сократилось после создания адаптивной оптики признают даже создатели космических телескопов.

http://www.stsci.edu/institute/atlast/documents/mpostman_atlast_sci_aas2009.pdf

Comparison with Large Ground-based Facilities
High Angular resolution coupled with high sensitivity is increasingly a science-driven requirement for astronomy. The 20m - 40m ground-based telescopes using Multi-Conjugate Adaptive Optics Systems will redefine the capabilities of ground-based imaging and spectroscopy. But there remain unassailable advantages of space in the UVO+NIR range:
• Wide-fields (several arcmin) or panoramic imaging (tens of arcmin)
• Stable, high Strehl ratios (>90%)
• Precise wavefront sensing and control
• Highly stable PSFs (<2% variability spatially and temporally)
• Ultra precise photometry (<0.0001 mag) and astrometry
We compare the “time to reach a S/N=10” as a function of spectral resolution for a 30m ground-based telescope with that for 8m and 16m space telescopes. All assumed to have the same instrumental and detector performance. The 30m ground-based telescope is assumed to be diffraction limited at wavelengths longer than 1 µ

Разница в скорости спектроскопии между наземным 30-метровым и 8-метровым космическим несколько сот раз в видимых лучах, и в десятки раз в ближнем инфракрасном. Но это для самых тусклых источников 30 звездной величины, чем ярче источник тем разница меньше.

Разница в начальной цене между такими телескопами в районе 10-50 раз (1 миллиард против 10 у Вебба). Но учитывая, что обслуживание космического телескопа в точке либрации будет сравнимо с полетами на Луну человека, то  100-кратная разница очень похоже на правду.

Поэтому я по прежнему думаю, что космические телескопы дороже 1 миллиарда не выгодны. Пока выгодны небольшие фотометрические, астрометрические и обзорные фотографические проекты. Тут наземные телескопы не могут дать сравнимую точность.

[Erandir]

Но учитывая, что обслуживание космического телескопа в точке либрации будет сравнимо с полетами на Луну человека

А разве для Вебба предполагается подобное обслуживание? В FAQ пишут, что нет, как раз потому что не окупается, даже если отправлять автоматы: http://www.jwst.nasa.gov/faq.html

[vsf]

Но учитывая, что обслуживание космического телескопа в точке либрации будет сравнимо с полетами на Луну человека

А разве для Вебба предполагается подобное обслуживание? В FAQ пишут, что нет, как раз потому что не окупается, даже если отправлять автоматы: http://www.jwst.nasa.gov/faq.html

Где-то читал, не помню где. Но если обсуживания не будет то это печально. Самая ломающаяся часть у космических телескопов это сверхточная система ориентации. У Кеплера и Хаббла она в среднем жила по 3-4 года.

Орион думаю сможет провести ремонтные работы. Если на Тяжелой Дельте запускать по идеи должно хватить топлива до туда и обратно?

[Erandir]

А для чего Орионом? Почему не чем-то одноразовым и автоматическим, в смысле телеуправляемым? В один конец, что бы и выводить дешевле и не тащить назад, что тоже деньги.

[vsf]

А для чего Орионом? Почему не чем-то одноразовым и автоматическим, в смысле телеуправляемым? В один конец, что бы и выводить дешевле и не тащить назад, что тоже деньги.

А разве кто проводил когда-нибудь подобную ремонтную операцию в космосе? Поэтому астронавты на Орионе пока куда реальней.