Telescópios e Observatórios Infravermelhos

Telescópios e observatórios infravermelhos são construídos para observar a radiação térmica de objetos frios, empoeirados e distantes, enquanto suprimem o brilho infravermelho avassalador da atmosfera e do próprio instrumento.

Definition

Telescópios e observatórios infravermelhos são instalações otimizadas para a faixa de aproximadamente 1 a 300 mícrons, através de óticas frias, design de baixa emissividade, seleção cuidadosa do local ou posicionamento no espaço, e técnicas de subtração de fundo que isolam sinais astronômicos fracos do ruído térmico.

Scope

Este tópico abrange as janelas atmosféricas e os ruídos de fundo que restringem a observação infravermelha terrestre, locais de montanha altos e secos, plataformas aéreas e de balão, observatórios infravermelhos espaciais, resfriamento criogênico de óticas e detectores, e técnicas de observação como "chopping" e "nodding" que subtraem o brilho de fundo intenso.

Core questions

• Por que o céu infravermelho é muito mais brilhante que o céu óptico?
• Como a absorção e emissão atmosféricas são mitigadas por local, plataforma ou posicionamento no espaço?
• Por que telescópios e detectores infravermelhos precisam ser resfriados?
• Quais técnicas de observação subtraem o fundo térmico dominante?

Key theories

Fundo térmico e emissividade

Tudo à temperatura ambiente emite fortemente no infravermelho, de modo que a atmosfera, o telescópio e o instrumento irradiam um grande fundo que ofusca as fontes astronômicas e exige designs de baixa emissividade e resfriados.

Janelas atmosféricas

O vapor d'água e outras moléculas absorvem a maioria dos comprimentos de onda infravermelhos, deixando apenas janelas discretas acessíveis a partir do solo, o que leva os observadores a locais de alta altitude secos ou acima da atmosfera.

Chopping e nodding

Ao alternar rapidamente o feixe entre a fonte e o céu adjacente com o espelho secundário e, em seguida, mover o telescópio, os observadores diferenciam os quadros para cancelar o fundo térmico que varia lentamente.

Clinical relevance

A observação infravermelha revela regiões de formação estelar escondidas pela poeira, o sistema solar exterior frio, anãs marrons e exoplanetas, e galáxias de alto desvio para o vermelho cuja luz foi esticada para o infravermelho, tornando essas instalações essenciais na astrofísica moderna.

History

Herschel descobriu a radiação infravermelha em 1800, mas a astronomia infravermelha sensível aguardou os bolômetros e detectores resfriados desenvolvidos a partir da década de 1960. Levantamentos terrestres deram lugar a observatórios espaciais como IRAS, ISO, Spitzer e o Telescópio Espacial James Webb, juntamente com plataformas aéreas que voam acima da maior parte do vapor d'água atmosférico.

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

Por que telescópios espaciais como o JWST são mantidos extremamente frios?

Um telescópio quente brilha intensamente no infravermelho e ofuscaria sinais cósmicos fracos. Ao proteger o telescópio do Sol e resfriá-lo a algumas dezenas de kelvin ou menos, sua própria emissão térmica é reduzida muito abaixo dos sinais que ele tenta detectar.

A astronomia infravermelha pode ser feita a partir do solo?

Sim, mas apenas em janelas atmosféricas estreitas e em locais altos e secos onde o vapor d'água é baixo. Mesmo assim, o céu quente é brilhante, então os observadores dependem de "chopping" e "nodding" para subtrair o fundo, e o trabalho infravermelho mais exigente é feito a partir de plataformas aéreas ou espaciais.