Pourquoi les radiotélescopes ont-ils une forme si différente de celle des télescopes optiques?

Pourquoi les radiotélescopes ne sont-ils généralement qu'une antenne parabolique avec un récepteur au-dessus, alors que les télescopes optiques ont un miroir primaire, plus secondaire et parfois même tertiaire?

En d'autres termes, pourquoi les radiotélescopes n'ont-ils qu'un seul réflecteur, alors que les télescopes optiques en ont jusqu'à trois ou plus?

Les mêmes phénomènes ondulatoires, tels que la focalisation, devraient s'appliquer dans les deux cas. Je ne comprends donc pas pourquoi la géométrie serait radicalement différente. Vous pouvez simplement remplacer les miroirs réels par un solide pratique, tel que du plastique, qui reflète les ondes radio aussi bien que les miroirs reflètent les ondes optiques.

Ils ne sont pas différents. Les mêmes principes s'appliquent. Vous pouvez avoir des miroirs secondaires, tertiaires, quaternaires, etc., avec des instruments à n'importe quelle longueur d'onde, optique, radio ou infrarouge, etc. avec tout type d'instrument - radio ou infrarouge ou visible ou autre.

Voir cette image du télescope Hale de 5 mètres sur le mont. Palomar - il n'y a pas de miroir secondaire dans ce cas, l'observateur est assis dans une petite cage au foyer principal, utilisant directement le miroir primaire:

Bien sûr, pour d'autres scénarios, le télescope Hale utilise des miroirs secondaires et tertiaires - cela dépend des détails du télescope, de l'instrumentation, de l'expérience ou de la recherche que vous faites, etc.

L'une des raisons pour lesquelles de nombreux grands télescopes optiques ont très souvent au moins un miroir secondaire est que l'architecture préférée dans la plupart de ces cas est le Ritchey – Chrétien - choisi souvent pour les plus grands télescopes professionnels car il élimine le coma , une aberration qui nuit à l'astrométrie (avec le coma, les images des étoiles ne sont pas rondes, il est donc difficile de mesurer les distances angulaires entre elles). Vous pouvez utiliser le miroir primaire d'un tel télescope directement, bien sûr, mais étant un miroir hyperbolique concave, il a ses propres aberrations, et nécessite donc le secondaire hyperbolique convexe (souvent une hyperbole forte, avec une grande excentricité) pour corriger la aberrations.

Le télescope Hale illustré ci-dessus a un primaire parabolique, donc son utilisation directe n'est pas un problème.

Encore une fois, tout ce qui précède n'est pas des règles strictes, juste des observations statistiques.

Certains radiotélescopes ont une instrumentation au premier plan simplement parce que c'est pratique pour ce cas particulier. D'autres radiotélescopes ont des miroirs secondaires. Encore une fois, tout dépend de ce que vous essayez de réaliser. Par exemple, le radiotélescope Arecibo pourrait être utilisé soit en mise au point principale, soit avec un miroir secondaire dans une configuration grégorienne - voici l'image avec l'instrumentation de mise au point principale et le miroir grégorien à gauche:

Dans le cas de la lunette Arecibo, les miroirs N-aires sont parfois utilisés pour corriger l'aberrationa du réflecteur primaire sphérique, mais ce n'est pas la seule raison pour laquelle ils sont utilisés.

Voici une discussion comparant diverses architectures (Cassegrain classique contre Ritchey-Chrétien contre aplanat anastigmatique) pour un grand radiotélescope, mettant en évidence divers problèmes de conception, de performance et d'exploitation pour chacun. TLDR: le Cassegrain classique est traditionnel pour les radiotélescopes, mais l'architecture RC fonctionne mieux et n'est pas beaucoup plus difficile à construire; OTOH, avec RC, vous devez toujours utiliser le secondaire.

Les radiotélescopes ont une forme différente, principalement parce que nous ne pouvons pas voir les micro-ondes ou les ondes radio. Les télescopes optiques sont conçus pour qu'il y ait un point focal où vous pouvez regarder et voir l'image. Cependant, les radiotélescopes et les télescopes optiques fonctionnent en fait de manière très similaire, et parfois les radiotélescopes ont des réflecteurs secondaires.

Dans un télescope optique, les miroirs secondaires sont généralement destinés à rediriger la lumière et à focaliser l'image pour votre œil. Le miroir principal est ce qui recueille la lumière, c'est donc ce qui fait le grossissement. Vous pouvez voir un excellent exemple de cela avec l'image du télescope newtonien ci-dessous (merci, Wikipedia!).

Radiotélescopes

Les radiotélescopes fonctionnent en fait de manière très similaire. La partie "parabolique" du télescope réfléchit les ondes, de la même manière que le miroir principal de la lunette optique. Il est ensuite reçu sur la partie LNB / LNA / récepteur. Vous pouvez penser à cela comme le point focal où le miroir secondaire est positionné dans le télescope optique.

En plus de cela, les radiotélescopes ont parfois un réflecteur secondaire. Je vais utiliser une image d'un radiotélescope au Goldstone Deep Space Communications Complex du laboratoire de propulsion de la NASA pour le montrer (également à partir de Wikipedia). Le "plat" est le réflecteur principal, puis il est réfléchi à nouveau au niveau du réflecteur secondaire maintenu par les bras métalliques. Après la deuxième réflexion, le signal va dans le récepteur attaché au réflecteur primaire.

L'une des raisons de la différence est le nombre considérable d'instruments optiques (et proche infrarouges) disponibles. La plupart des télescopes optiques professionnels ont deux ou plusieurs instruments standard (par exemple, un imageur et un spectrographe), avec la possibilité d'ajouter des instruments invités de temps en temps; certains ont jusqu'à cinq instruments standard en même temps. Le fait d'avoir les instruments montés à la base du télescope facilite beaucoup le basculement entre eux (parfois, comme avec une monture Nasmyth, en tournant simplement le miroir tertiaire à 90 ou 180 degrés) que ce ne serait le cas si les instruments étaient montés à la mise au point principale. .

Voir, par exemple, l'image sur cette page Web du télescope SOAR, qui possède des ports pour cinq instruments différents: http://www.lna.br/soar/telescope_f.html