Pourquoi construisons-nous de plus grands télescopes terrestres au lieu d'en lancer de plus grands dans l'espace?

Cette question fait suite à Est-ce que les grands télescopes donnent les meilleurs résultats?

À quel point un miroir au sol doit-il être plus gros pour correspondre à ce qu'un miroir dans l'espace peut faire? Je suppose que je demande principalement de la lumière visible, mais je m'intéresse aussi à l'ensemble.

Je suppose que sur le terrain, vous êtes à l’abri des micrométéorites, donc cela durera probablement plus longtemps. À quel moment devient-il moins coûteux de construire un télescope sur la lune ou quelque chose du genre?

C'est moins cher.

(1) Avec l'optique adaptative, vous pouvez obtenir une résolution de 0,1 seconde d'arc sur le sol (certes uniquement au sommet d'une montagne avec une circulation d'air particulièrement bonne, mais quand même!). Cela élimine l’un des principaux avantages de l’espace jusqu’à atteindre un diamètre de miroir de plusieurs mètres.

(2) Les carénages de fusée sont des haubans qui protègent les charges utiles lors des vitesses atmosphériques supersoniques atteintes lors du lancement. Un carénage de 5 mètres est à peu près le plus grand qui puisse être volé, ce qui limite la taille des miroirs monoblocs pouvant être lancés. (Le miroir du dreaded Webb Telescope est en morceaux qui vont se monter dans l'espace - un dessin très effrayant et très coûteux.)

(3) La maintenance d'un télescope au sommet du Mauna Kea ou dans les hautes Andes chiliennes est un processus difficile et coûteux. Faire l'entretien d'un télescope en orbite donne à penser que cela change peu. (Un coût comparable à celui de la construction d’ une nouvelle lunette géante sur Terre.) Et la maintenance en orbite ne peut même pas être effectuée avec la technologie actuelle, sauf en orbite terrestre basse.

(4) Tandis que la haute résolution est une frontière en astronomie, aller en profondeur en est une autre, et aller en profondeur nécessite de grands miroirs. Un miroir de 30 mètres sur Terre recueille beaucoup plus de lumière qu'un miroir de 5 mètres dans l'espace. Les télescopes terrestres géants font tout simplement mieux pour être des seaux lumineux de spectroscopie que tout ce que nous pouvons encore placer dans l'espace.

L’essentiel est qu’avec le développement de l’optique adaptative, les télescopes basés dans l’espace, d’une taille actuellement exploitable et pouvant être lancée, aient perdu leur principal avantage par rapport aux télescopes basés au sol. Et comme ils coûtent 10 à 100 fois plus cher, ils ne valent tout simplement pas la peine d'être construits à de nombreuses fins.

Les télescopes spatiaux détiennent toujours un avantage significatif dans certaines parties du spectre bloquées par l'atmosphère, telles que les UV et les IR (Webb), ainsi que pour certaines tâches impliquant une photométrie de haute précision à long terme (Kepler) et l'astrométrie (Gaia). Mais pour une utilisation générale, la balance semble fermement au sol pour les grands télescopes.

Cela changera si le vol spatial devient moins cher - le SpaceX BFR, par exemple, avec son carénage de 9 mètres et ses coûts de lancement considérablement réduits, offre un grand espoir pour les télescopes spatiaux.

En plus de l'excellente réponse de Mark ...

Pourquoi construisons-nous de plus grands télescopes terrestres au lieu d'en lancer de plus grands dans l'espace?

Si vous aviez de l'argent pour deux maisons, une proche du travail et un «chalet d'été» dans les bois, comment diviseriez-vous votre budget?

Cette question fait suite à Est-ce que les grands télescopes donnent les meilleurs résultats?

Oui, et je ne suis pas fan de ces réponses, peut-être que @MarkOlson n'est pas impressionné non plus.

Ces réponses manquent à l'optique adaptative (considérée comme coûteuse et peu efficace) et à la possibilité de tout mettre à niveau facilement, à l'exception de la taille du bâtiment et du miroir principal.

À quel point un miroir au sol doit-il être plus gros pour correspondre à ce qu'un miroir dans l'espace peut faire? Je suppose que je demande principalement de la lumière visible, mais je m'intéresse aussi à l'ensemble.

Ce n'est pas tellement "combien plus grand", c'est "commercialiser efficacement votre idée, sécuriser autant de fonds que possible et construire le plus grand bâtiment avec le plus grand miroir principal possible". Creusez en profondeur et construisez ce que vous pouvez, sans être mis à niveau autant que possible - des capteurs et des superordinateurs peuvent réparer le reste.

Je suppose que sur le terrain, vous êtes à l'abri des micrométéorites, donc cela durera probablement plus longtemps. À quel moment devient-il moins coûteux de construire un télescope sur la lune ou quelque chose du genre?

Les télescopes terrestres et spatiaux sont utiles, les lunaires moins.

Lorsque nous avons "The Acme Telescope Company" ouvert leur premier magasin sur la Lune, le prix d'achat va baisser, jusque-là, la Terre et l'espace seront moins chers. Avec l’espace, il peut vous rencontrer à mi-chemin pour les réparations. Avec le sol (même au sommet d’une montagne), un centre de réparation est souvent à proximité.

À Paranal, le bâtiment d’entretien des miroirs est situé au sommet de la montagne, près des miroirs.

Article de Scientific America: Le télescope spatial James Webb est-il "trop ​​gros pour échouer?" explique:

«En supposant que nous atteignions la trajectoire d'injection vers Terre-Soleil L2, la prochaine chose la plus risquée est le déploiement du télescope. Et contrairement à Hubble, nous ne pouvons pas résoudre ce problème. Même un robot ne peut pas le réparer. Nous prenons donc un grand risque, mais pour une belle récompense », déclare Grunsfeld.

Cependant, des efforts modestes sont déployés pour rendre JWST "utilisable" comme Hubble,Selon Scott Willoughby, responsable du programme JWST chez Northrop Grumman Aerospace Systems à Redondo Beach, Californie. La société aérospatiale est le principal contractant de la NASA pour le développement et l'intégration de JWST. Elle a été chargée de fournir un anneau d'interface de lancement au télescope qui pourrait être "saisi par quelque chose", qu'il s'agisse d'un astronaute ou d'un robot télécommandé, explique Willoughby. Si un vaisseau spatial était envoyé à L2 pour y être amarré à JWST, il pourrait alors tenter de le réparer ou, si l'observatoire fonctionne correctement, compléter simplement son réservoir de carburant pour en prolonger la durée de vie. Mais pour l’instant, aucun budget n’est prévu pour de tels exploits. Au cas où JWST souffre de ce que les occupants des vols spatiaux appellent discrètement un «mauvais jour», que ce soit en raison d'accident de la roquette ou d'un problème de déploiement ou d'un imprévu, M. Grunsfeld indique qu'il existe actuellement un ensemble d'observatoires dans l'espace,

Pièces forgées en anneau d’interface lanceur (LVIR) (2) livrées

Citation du site Web " James Webb Space Telescope " (JWST):

Le miroir primaire terminé sera 2,5 fois plus grand que le diamètre du miroir principal du télescope spatial Hubble, qui mesure 2,4 mètres de diamètre, mais pèsera environ deux fois moins.

Le télescope spatial James Webb captera la lumière environ 9 fois plus vite que le télescope spatial Hubble si l'on prend en compte les détails de la taille, des formes et des caractéristiques des miroirs de chaque modèle ", a déclaré Eric Smith, scientifique du programme JWST à la NASA, La sensibilité accrue permettra aux scientifiques de remonter au moment où les premières galaxies se sont formées juste après le Big Bang.Le plus grand télescope aura des avantages pour tous les aspects de l'astronomie et révolutionnera les études sur la formation et l'évolution des étoiles et des systèmes planétaires.

Voir aussi: " Webb vs télescope Hubble ":

... les objets les plus éloignés sont plus fortement décalés vers le rouge et leur lumière est poussée des rayons UV et optique dans le proche infrarouge. Ainsi, les observations de ces objets lointains (comme les premières galaxies formées dans l'univers, par exemple) nécessitent un télescope infrarouge.

C’est l’autre raison pour laquelle Webb ne remplace pas Hubble, c’est que ses fonctionnalités ne sont pas identiques. Webb s'intéressera principalement à l'Univers dans l'infrarouge, tandis que Hubble l'étudiera principalement aux longueurs d'onde optiques et ultraviolettes (bien qu'il possède certaines capacités infrarouges). Webb a également un miroir beaucoup plus grand que Hubble. Cette zone de collecte de lumière plus grande signifie que Webb peut regarder plus loin dans le temps que ce que Hubble est capable de faire. Hubble est sur une orbite très étroite autour de la Terre, tandis que Webb sera à 1,5 million de kilomètres (km) au deuxième point de Lagrange (L2).

...

Jusqu'où ira Webb?

En raison du temps nécessaire pour voyager, plus un objet est éloigné, plus nous remontons dans le temps.

Cette illustration compare différents télescopes et leur distance de visibilité. En gros, Hubble [HST] peut voir l'équivalent de "galaxies pour tout-petits" et le télescope Webb [JWST] pourra voir "des galaxies pour bébés". L'une des raisons pour lesquelles Webb pourra voir les premières galaxies est un télescope infrarouge. L'univers (et donc les galaxies qu'il contient) est en expansion. Lorsque nous parlons des objets les plus lointains, le rapport général d'Einstein entre en jeu. Cela nous dit que l'expansion de l'univers signifie que c'est l'espace entre les objets qui s'étire réellement, ce qui amène les objets (galaxies) à s'éloigner les uns des autres. De plus, toute lumière dans cet espace s’étirera également, déplaçant sa longueur d’onde vers des longueurs d’onde plus longues. Cela peut rendre les objets distants très faibles (ou invisibles) aux longueurs d'onde visibles de la lumière, parce que cette lumière nous parvient sous forme de lumière infrarouge. Les télescopes infrarouges, comme Webb, sont idéaux pour observer ces galaxies anciennes.

Des mises à jour des techniques d'optique adaptative sont en cours, voir: " Imagerie différentielle cohérente rapide sur des télescopes au sol utilisant une caméra auto-cohérente " (7 juin 2018), de Benjamin L. Gerard, Christian Marois et Raphaël Galicher:

"Nous développons le cadre d'une telle méthode basée sur la caméra auto-cohérente (SCC) à appliquer aux télescopes au sol, appelée technique FCC (Fast Atmospheric SCC). Nous montrons que l'utilisation d'un coronographe spécialement conçu et cohérent algorithme d'imagerie différentielle, l'enregistrement d'images toutes les quelques millisecondes permet de soustraire les taches atmosphériques et statiques tout en maintenant un débit d'algorithme proche de l'unité: les simulations détaillées permettent d'atteindre un contraste proche de la limite de bruit des photons après 30 secondes pour une bande passante de 1% dans la bande H Pour les étoiles de magnitude 0 et de magnitude 5. Pour le cas de magnitude 5, le contraste brut est environ 110 fois supérieur à celui obtenu avec les instruments ExAO si nous extrapolons pendant une heure d'observation., illustrant que l'amélioration de la sensibilité grâce à cette méthode pourrait jouer un rôle essentiel dans la détection et la caractérisation futures d'exoplanètes de masse inférieure. "

En bref, ils peuvent parfois éliminer complètement l'atmosphère. Des améliorations sont à venir.

ESO 4LGSF - Installation d'étoiles guides laser - Quatre lasers sont utilisés pour créer des étoiles guides pour l'AO.

Répondre à votre sous-question concernant la construction sur la Lune: elle est soumise aux mêmes coûts et restrictions de lancement qu’à une lunette de visée spatiale, mais vous devez également faire face à l’atterrissage et à l’affaissement gravitationnel. La première chose dont vous avez besoin est donc une base lunaire fonctionnelle capable de fabriquer tous les composants à partir de matières premières locales. Une fois que cela est en place (insérez un grand rire ici), vous aurez toujours besoin d’optiques adaptatives (comme les étendues multi-éléments comme JWebb) pour l’alignement et les décalages d’atténuation gravitationnelle, mais comme elles sont statiques, vous n’avez pas besoin de la haute fréquence. réponse requise sur Terre pour gérer les aberrations atmosphériques. Vous voudrez construire sur le "côté obscur" afin que la lumière Terran ne souille pas tout.

Réponse aux télescopes sur la lune. Être à la surface de la lune crée des problèmes par rapport à la liberté de flotter librement dans l’espace, loin de toute planète / lune. La gravité déforme les miroirs / la mécanique, nécessite de l'ingénierie supplémentaire pour supporter le poids, la moitié du ciel est bloquée par la lune à tout moment, les émissions thermiques du sol, les changements de température avec le cycle jour-nuit, la poussière ...

La face cachée de la lune serait le meilleur endroit pour faire des observations radio à basse fréquence. La lune bloque toutes les émissions de la terre.