赤外線望遠鏡と観測所

赤外線望遠鏡と観測所は、低温で塵に覆われた遠方の天体からの熱放射を観測するために建設され、同時に大気や機器自体からの圧倒的な赤外線放射を抑制するように設計されています。

Definition

赤外線望遠鏡と観測所は、約1から300マイクロメートルの波長域に最適化された施設であり、低温光学系、低放射率設計、慎重なサイト選定または宇宙配置、および熱ノイズから微弱な天文学的信号を分離する背景減算技術を特徴としています。

Scope

このトピックでは、地上からの赤外線観測を制約する大気の窓と背景放射、高地乾燥地域にある山岳サイト、航空機および気球プラットフォーム、宇宙赤外線観測所、光学系と検出器の極低温冷却、そして明るい背景放射を差し引くチョッピングやノッディングといった観測技術について扱います。

Core questions

• なぜ赤外線領域の空は可視光領域の空よりもはるかに明るいのでしょうか？
• サイト選定、プラットフォーム、または宇宙配置によって、大気による吸収と放射はどのように軽減されるのでしょうか？
• なぜ赤外線望遠鏡と検出器は冷却されなければならないのでしょうか？
• 支配的な熱的背景放射を差し引く観測技術にはどのようなものがありますか？

Key theories

熱的背景放射と放射率

室温にあるすべての物体は赤外線領域で強く放射するため、大気、望遠鏡、および機器は天文学的信号を圧倒する大きな背景放射を発し、低放射率で冷却された設計が求められます。

大気の窓

水蒸気やその他の分子はほとんどの赤外線波長を吸収するため、地上からアクセスできるのは限られた離散的な窓のみであり、観測者は乾燥した高地のサイトや大気圏外へと向かうことになります。

チョッピングとノッディング

副鏡を用いてビームを光源と隣接する空の間で素早く切り替え、その後望遠鏡を動かすことで、観測者はフレームを差分し、ゆっくりと変動する熱的背景放射を相殺します。

Clinical relevance

赤外線観測は、塵に隠された星形成領域、太陽系外縁部の低温天体、褐色矮星や系外惑星、そして光が赤外線に引き伸ばされた高赤方偏移銀河を明らかにします。これにより、これらの施設は現代の天体物理学において不可欠なものとなっています。

History

ハーシェルは1800年に赤外線を発見しましたが、高感度な赤外線天文学は1960年代以降に開発されたボロメータや冷却検出器の登場を待つことになりました。地上からの観測は、IRAS、ISO、スピッツァー、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡といった宇宙観測所や、大気中の水蒸気の大部分を避けて飛行する航空機プラットフォームへと発展しました。

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

JWSTのような宇宙望遠鏡はなぜ極低温に保たれるのですか？

暖かい望遠鏡は赤外線で明るく輝き、微弱な宇宙信号を圧倒してしまいます。望遠鏡を太陽から遮蔽し、数ケルビン以下に冷却することで、望遠鏡自身の熱放射は検出しようとしている信号よりもはるかに低減されます。

地上からでも赤外線天文学は可能ですか？

はい、しかし狭い大気の窓を通してのみ、そして水蒸気が少ない高地の乾燥したサイトからに限られます。それでも暖かい空は明るいため、観測者は背景放射を差し引くためにチョッピングとノッディングに頼り、最も要求の厳しい赤外線観測は航空機または宇宙プラットフォームから行われます。