Denne kunstners gengivelse viser en aftenvisning af det ekstremt store teleskop i drift på Cerro Armazones i det nordlige Chile. Teleskopet vises ved hjælp af lasere til at skabe kunstige stjerner højt i atmosfæren. (ESO / L. Calçada)

5 grunde til, at astronomi er bedre fra jorden end i rummet

I 1990 blev Hubble-rumteleskopet lanceret, hvilket førte til en revolution inden for astronomi. Men til mange formål er Jorden stadig det bedste sted at være.

Når du tænker over, hvad der er der i afgrunden af ​​det dybe rum, uanset om du ser på planeterne i vores solsystem eller de fjerneste galakser, der er synlige i universet, er det instrument de fleste mennesker tænker på at bruge til de bedste billeder og data er Hubble-rumteleskopet. Ligger hundreder af miles over jordens atmosfære, spørgsmål som skyer, atmosfærisk forvrængning, turbulent luft eller endda forurening er ingen bekymring. Billeder er så skarpe, som kameraer og optik om bord tillader, og fra dens position off-world kan de se i enhver retning, vi ønsker det. Ved hjælp af det har vi set vidundere, som vi aldrig har forestillet os; Hubble har vist os, hvordan universet virkelig ser ud.

Dette billede sammenligner to udsigter over Eagle Nebula's Creations Søjler taget med Hubble med 20 års mellemrum. Det nye billede til venstre fanger næsten nøjagtigt den samme region som i 1995 til højre. Imidlertid bruger det nyere billede Hubbles Wide Field Camera 3, der blev installeret i 2009, til at fange lys fra glødende ilt, brint og svovl med større klarhed. At have begge billeder giver astronomer mulighed for at studere, hvordan strukturen i søjlerne ændrer sig over tid og viser et af de fineste eksempler på, hvad vi kan lære ved at gøre astronomi i rummet. (WFC3: NASA, ESA / Hubble og Hubble Heritage Team WFPC2: NASA, ESA / Hubble, STScI, J. Hester og P. Scowen (Arizona State University))

Og alligevel er der ting, vi kan gøre fra jorden, der er udiskutabelt overlegne med alt, hvad vi kan gøre fra rummet. Der er billeder, vi kan oprette, og data, vi kan indsamle, er simpelthen umulige at gøre fra rummet. Uanset om vi bruger jordbaserede teleskoper, ballonbårne observatorier eller endda et højhøjde fly, er der mange gode grunde til at forblive her på Jorden. Selvfølgelig, at flyve over atmosfæren og modtage det allestedsnærværende perspektiv, at det at gå til rummet giver dig er klare sejre for rumteleskopets aficionados; der er ingen måde, adaptiv optik eller et uberørt observationssted kan konkurrere med et observatorium, som ikke har Jorden at kæmpe med. Men der er nogle meget overbevisende grunde til at gøre astronomi på jorden, da der er fordele ved, at du mister det øjeblik du går til rummet. Her er de fem bedste.

Videnskabsinstrumenterne ombord på ISIM-modulet sænkes og installeres i JWST's hovedsamling i 2016. Disse instrumenter var komplette år før og får ikke engang deres første brug indtil 2019 tidligst. (NASA / Chris Gunn)

1.) Rumteleskopeteknologi er forældet, allerede før det lanceres. For at starte et rumteleskop skal du beslutte, hvad du vil prøve at gøre med det, designe og bygge dine instrumenter, integrere dem ombord på observatoriet og derefter lancere det. Ved en mission som James Webb-rumteleskopet var designet til dets instrumenter komplet i begyndelsen af ​​tiåret. et instrument, der er bygget i dag, ville have cirka syv års overlegen teknologi integreret i det. Servicering af et teleskop i rummet er dyrt, risikabelt og i nogle tilfælde (som når dit teleskop er uden for rækkevidde af et besætningsbærende rumfartøj), praktisk talt umuligt. Men hvis dit observatorium er på jorden? Bare sprang det gamle instrument ud, og pop det nye ind, og dit gamle teleskop er nyskabende igen til grænsen for dets optiske design.

Det 25 meter store gigantiske teleskop er i øjeblikket under opførelse og vil være det største nye jordbaserede observatorium på Jorden. Spidararmene, der holder det sekundære spejl på plads, er specielt designet, så deres synslinie falder direkte mellem de smalle huller i GMT-spejle. Dette er den mindste af de foreslåede tre teleskoper i 30 meter klasse, og det er større end ethvert rumbaseret observatorium, der endda er undfanget. Den skulle være færdig i midten af ​​2020'erne. (Giant Magellan Telescope / GMTO Corporation)

2.) Du kan bygge et større observatorium på jorden end du kan i rummet. Jeg kan allerede høre din indsigelse: at hvis du bare brugte nok penge på det, kunne du lancere et så stort teleskop, som du ville. Det er sandt, men kun op til et punkt. Specielt op til det punkt, at dit rumbaserede observatorium skal passe ind i raketten, der lancerer den! Hubble-rumteleskopet er kun 2,4 meter i diameter; det største rumteleskop, der nogensinde har flyvet, er ESAs Herschel på 3,5 meter. James Webb vil være større på grund af sit segmenterede design, men hvert foldet segment skal passe ombord på raketten, der lancerer den. Selv i NASAs drømme er LUVOIR-rumteleskopkonceptet top 15,1 meter på tværs. På jorden er der hverken hverken størrelse eller vægtbegrænsninger, og tre uafhængige teleskoper på 30 meter er ved at blive designet og bygget: GMTO, ELT og TMT. I radioen kan vi gå endnu større, som faciliteter som Arecibo og FAST har demonstreret. I astronomi er størrelse vigtig!

Den 12. december 2017 løftes Ariane 5's 82. succesfulde mission fra Fransk Guyana op. Denne flyvning, VA240, skal være repræsentativ for, hvad JWST ser, når den lanceres i 2019. Måske den blive en succes; til rumlanseringer får vi kun én chance. (Arianespace)

3.) Du behøver aldrig at bekymre dig om en startfejl. Har du nogensinde hørt om NASA's Orbiting Carbon Observatory, designet til at se, hvordan CO2 bevægede sig gennem atmosfæren fra rummet? Sandsynligvis ikke, da satellitten ikke kunne adskille sig fra raketten i løbet af de første få minut af lanceringen; hele raket-og-rumfartøjsenheden styrtede ned i havet kun 17 minutter efter, at den først startede. Raketen, der lancerer James Webb-rumteleskopet, Ariane 5, havde 82 sammenhængende lanceringssucces, før den led for en delvis fiasko for kun to måneder siden. Mange rummissioner er nået til en dystre afslutning på grund af en fiasko under lancering, udrulning eller orbital indsættelse; når du først har lanceret, er det næsten umuligt at rette en rumfartøjsfejl, når noget går galt. Fra jorden, vil det aldrig forekomme.

Første lys, den 26. april 2016, af 4 Laser Guide Star Facility (4LGSF). Dette avancerede adaptive optiksystem giver et enormt fremskridt fra jorden, men er et eksempel på den fantastiske infrastruktur, der kan bygges, vedligeholdes, åbnes, repareres eller udskiftes fra jorden. (ESO / F. Kamphues)

4.) Jordbaseret infrastruktur er langt bedre end alt hvad du har i rummet. Vil du holde dit rumfartøj køligt? Medbring alt det kølevæske, du har brug for, til missionens varighed, og / eller håber, at dit passive kølesystem aldrig bliver beskadiget. Brug for at beskytte dig selv mod solen? Sørg for, at du altid peger i den rigtige retning, og håber, at dine gyroskoper aldrig svigter. Har en optisk komponent, der forringes, mislykkes eller lider en fejl? I rummet sidder du fast med det, du har. Men på jorden kan du have ekstravagante vedligeholdelsesfaciliteter på stedet. Et defekt, beskidt eller beskadiget spejl kan udskiftes; infrarøde teleskoper kan køles på ubestemt tid; reparationer kan udføres af menneskelige hænder i realtid; nye dele og mennesker kan sendes ind på et øjeblik. Det er en bemærkelsesværdig bedrift, at Hubble har varet i næsten 30 år, men det er taget flere servicemissioner (og lidt held) for at gøre det så. På jorden vender stadig teleskoper, der er et halvt århundrede gammelt, den nyeste videnskab. Der er ingen konkurrence.

NASAs stratosfæriske observatorium for infrarød astronomi (SOFIA) med åbne teleskopdøre. Dette fælles partnerskab mellem NASA og den tyske organisation DLR giver os mulighed for at tage et avanceret infrarødt teleskop til ethvert sted på jordoverfladen, så vi kan observere begivenheder, uanset hvor de forekommer. (NASA / Carla Thomas)

5.) På Jorden kan du observere hvor som helst du ønsker. Når dit observatorium er gået i rummet, fikseres tyngdekraften og bevægelsesloverne til enhver tid præcis, hvor det rumfartøj skal hen. Masser af astronomiske nysgerrigheder kan ses overalt, men der er nogle spektakulære begivenheder, der kræver, at du er på et meget specifikt sted på et bestemt tidspunkt. Occultations er et ekstremt eksempel på dette, hvor en fjern, lille genstand i solsystemet passerer foran en baggrundstjerne, men kun for et kort øjeblik på et bestemt sted. Neptuns måne Triton og New Horizons 'første post-Pluto destination, MU69, begge okkultede baggrundstjerner, hvor Triton gør det regelmæssigt. Rumteleskoper har aldrig været heldige nok til at fange disse, men takket være mobile observatorier som NASAs SOFIA har vi lært, hvordan Tritons atmosfære ændrer sig med dens sæsoner, og vi har endda opdaget en lille måne omkring MU69! Fordi vi ikke lægger alle vores æg i kurven med teleskoper-i-rummet, kan vi udføre den unikke videnskab, som lyset, der ankommer til vores verden muliggør.

Topmødet i Mauna Kea indeholder mange af verdens mest avancerede, magtfulde teleskoper. Dette skyldes en kombination af Mauna Keas ækvatorplacering, høje højde, kvalitetssyn og det faktum, at det generelt, men ikke altid, er over skyelinjen. (Subaru Telescope samarbejde)

Som en bonus kan de to store fordele ved at gå til rummet effektivt udjævnes fra jorden med de rigtige teknologiske innovationer. Ved at opbygge vores observatorier i meget høje højder på steder, hvor luften stadig er - som f.eks. På toppen af ​​Mauna Kea eller i de chilenske Andesfjelde - kan vi straks tage en stor del af atmosfærisk turbulens ud af ligningen. Tilsætningen af ​​adaptiv optik, hvor et kendt signal (som en lys stjerne, eller en kunstig stjerne skabt af en laser, der reflekterer fra atmosfærens natriumlag, 60 kilometer op) eksisterer, men synes sløret, kan give os mulighed for at skabe den rigtige " spejleform ”for at sløre billedet og dermed alt andet lys, der følger med det. Yderligere forbedringer, såsom at bruge flere guider samtidigt, kan opnå 99% af det, du opnår fra rummet, men med titusinde eller endda hundreder af gange lysopsamlingskraften.

Og endelig er atmosfæren stort set gennemsigtig for ikke kun synligt lys, men for en lang række bølgelængder der er derude. Disse “atmosfæriske vinduer” giver os mulighed for at kikke hvor som helst, vi vil i universet, så længe lyset kan komme igennem. Mens gammastråler, røntgenstråler og mange infrarøde bølgelængder virkelig kun kan ses fra rummet, er der enorme områder af det elektromagnetiske spektrum, der bogstaveligt talt er lige så gode at se fra Jorden. Radiobølger er det mest fantastiske eksempel på dette, hvor mange størrelsesordener af frekvenser er lige så uberørte fra jorden som fra rummet. Der er en række meget effektive atmosfæriske vinduer også i ultraviolet, synligt og infrarødt lys.

Transmissionen eller opaciteten af ​​det elektromagnetiske spektrum gennem atmosfæren. Bemærk alle absorptionsfunktioner i gammastråler, røntgenstråler og den infrarøde, hvorfor de ses bedst fra rummet. Over mange bølgelængder, såsom i radioen, er jorden imidlertid lige så god. (NASA)

Der er mange gode grunde til at udføre astronomi fra rummet, og en hel række imponerende genstande, vi kan se, og bølgelængder, vi kan udforske, som ellers er lukket for os fra jorden. Men med hensyn til alsidighed, pålidelighed, vedligeholdelse, størrelse og avanceret teknologi er Jorden stadig det bedste sted at være. Efterhånden som placeringer i højde og observatorier med ballon- eller flybårne bliver mere almindelige, er vi nødt til at bekymre os mindre og mindre om astronomens ældste nemesis: skyer. Hvis vi kan holde vores himmel klar og mørk, vil jordbaseret astronomi fortsætte med at afsløre nye hemmeligheder om universet i de kommende generationer.

Starts With A Bang er nu på Forbes og genudgivet på Medium takket være vores Patreon-tilhængere. Ethan har skrevet to bøger, Beyond The Galaxy, og Treknology: The Science of Star Trek fra Tricorders til Warp Drive.