Инфракрасные телескопы и обсерватории

Инфракрасные телескопы и обсерватории созданы для наблюдения теплового излучения от холодных, запыленных и удаленных объектов, подавляя при этом подавляющее инфракрасное свечение атмосферы и самого инструмента.

Definition

Инфракрасные телескопы и обсерватории — это установки, оптимизированные для диапазона примерно от 1 до 300 микрон посредством холодной оптики, конструкции с низкой излучательной способностью, тщательного выбора места или размещения в космосе, а также методов вычитания фона, которые выделяют слабые астрономические сигналы из теплового шума.

Scope

Эта тема охватывает атмосферные окна и фоновые излучения, которые ограничивают наземные инфракрасные наблюдения, высокогорные сухие площадки, воздушные и баллонные платформы, космические инфракрасные обсерватории, криогенное охлаждение оптики и детекторов, а также методы наблюдения, такие как чоппинг и ноддинг, которые вычитают яркий фон.

Core questions

• Почему инфракрасное небо намного ярче оптического неба?
• Как ослабляются атмосферное поглощение и излучение с помощью выбора места, платформы или размещения в космосе?
• Почему инфракрасные телескопы и детекторы должны быть охлаждены?
• Какие методы наблюдения вычитают доминирующий тепловой фон?

Key theories

Тепловой фон и излучательная способность

Все объекты при комнатной температуре сильно излучают в инфракрасном диапазоне, поэтому атмосфера, телескоп и инструмент излучают большой фон, который затмевает астрономические источники и требует использования охлажденных конструкций с низкой излучательной способностью.

Атмосферные окна

Водяной пар и другие молекулы поглощают большинство инфракрасных длин волн, оставляя лишь дискретные окна, доступные с земли, что побуждает наблюдателей к сухим высокогорным местам или за пределы атмосферы.

Чоппинг и ноддинг

Быстро переключая луч между источником и соседним участком неба с помощью вторичного зеркала, а затем перемещая телескоп, наблюдатели вычитают кадры, чтобы компенсировать медленно меняющийся тепловой фон.

Clinical relevance

Инфракрасные наблюдения позволяют выявлять области звездообразования, скрытые пылью, холодные внешние области Солнечной системы, коричневые карлики и экзопланеты, а также галактики с высоким красным смещением, свет которых растянут в инфракрасный диапазон, что делает эти установки незаменимыми в современной астрофизике.

History

Гершель открыл инфракрасное излучение в 1800 году, но чувствительная инфракрасная астрономия стала возможной благодаря болометрам и охлаждаемым детекторам, разработанным с 1960-х годов. Наземные обзоры уступили место космическим обсерваториям, таким как IRAS, ISO, Spitzer и космический телескоп Джеймса Уэбба, наряду с воздушными платформами, которые летают над большей частью атмосферного водяного пара.

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

Почему космические телескопы, такие как JWST, поддерживаются в чрезвычайно холодном состоянии?

Теплый телескоп ярко светится в инфракрасном диапазоне и заглушал бы слабые космические сигналы. Защищая телескоп от Солнца и охлаждая его до нескольких десятков кельвинов или ниже, его собственное тепловое излучение значительно уменьшается по сравнению с сигналами, которые он пытается обнаружить.

Возможна ли вообще инфракрасная астрономия с Земли?

Да, но только в узких атмосферных окнах и с высоких, сухих мест, где низкое содержание водяного пара. Даже в этом случае теплое небо яркое, поэтому наблюдатели полагаются на чоппинг и ноддинг для вычитания фона, а наиболее требовательные инфракрасные работы выполняются с воздушных или космических платформ.