Telescopios y observatorios infrarrojos

Los telescopios y observatorios infrarrojos se construyen para observar la radiación térmica de objetos fríos, polvorientos y distantes, al tiempo que suprimen el abrumador resplandor infrarrojo de la atmósfera y del propio instrumento.

Definition

Los telescopios y observatorios infrarrojos son instalaciones optimizadas para el rango de aproximadamente 1 a 300 micras mediante ópticas frías, diseño de baja emisividad, selección cuidadosa del sitio o ubicación espacial, y técnicas de sustracción de fondo que aíslan las débiles señales astronómicas del ruido térmico.

Scope

Este tema abarca las ventanas atmosféricas y los fondos que limitan la observación infrarroja terrestre, los sitios de montaña altos y secos, las plataformas aerotransportadas y de globos, los observatorios infrarrojos espaciales, la refrigeración criogénica de la óptica y los detectores, y las técnicas de observación como el 'chopping' y el 'nodding' que sustraen el fondo brillante.

Core questions

• ¿Por qué el cielo infrarrojo es mucho más brillante que el cielo óptico?
• ¿Cómo se mitigan la absorción y emisión atmosféricas mediante la ubicación del sitio, la plataforma o la colocación en el espacio?
• ¿Por qué deben enfriarse los telescopios y detectores infrarrojos?
• ¿Qué técnicas de observación sustraen el fondo térmico dominante?

Key theories

Fondo térmico y emisividad

Todo lo que está a temperatura ambiente emite fuertemente en el infrarrojo, por lo que la atmósfera, el telescopio y el instrumento irradian un gran fondo que empequeñece las fuentes astronómicas y obliga a diseños enfriados y de baja emisividad.

Ventanas atmosféricas

El vapor de agua y otras moléculas absorben la mayoría de las longitudes de onda infrarrojas, dejando solo ventanas discretas accesibles desde el suelo, lo que impulsa a los observadores a sitios secos de gran altitud o por encima de la atmósfera.

Chopping y nodding

Al cambiar rápidamente el haz entre la fuente y el cielo adyacente con el espejo secundario y luego mover el telescopio, los observadores diferencian los fotogramas para cancelar el fondo térmico que varía lentamente.

Clinical relevance

La observación infrarroja revela regiones de formación estelar ocultas por el polvo, el sistema solar exterior frío, enanas marrones y exoplanetas, y galaxias de alto corrimiento al rojo cuya luz se ha estirado hacia el infrarrojo, lo que hace que estas instalaciones sean esenciales en la astrofísica moderna.

History

Herschel descubrió la radiación infrarroja en 1800, pero la astronomía infrarroja sensible esperó a los bolómetros y detectores enfriados desarrollados a partir de la década de 1960. Los estudios terrestres dieron paso a observatorios espaciales como IRAS, ISO, Spitzer y el Telescopio Espacial James Webb, junto con plataformas aerotransportadas que vuelan por encima de la mayor parte del vapor de agua atmosférico.

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

¿Por qué los telescopios espaciales como el JWST se mantienen extremadamente fríos?

Un telescopio cálido brilla intensamente en el infrarrojo y anularía las débiles señales cósmicas. Al proteger el telescopio del Sol y enfriarlo a unas pocas decenas de kelvin o menos, su propia emisión térmica se reduce muy por debajo de las señales que intenta detectar.

¿Se puede realizar astronomía infrarroja desde tierra?

Sí, pero solo en ventanas atmosféricas estrechas y desde sitios altos y secos donde el vapor de agua es bajo. Incluso entonces, el cielo cálido es brillante, por lo que los observadores confían en el 'chopping' y el 'nodding' para sustraer el fondo, y el trabajo infrarrojo más exigente se realiza desde plataformas aerotransportadas o espaciales.