Por que o (pequeno) Hubble foi mais capaz de encontrar alvos de KBO para a New Horizons do que os grandes telescópios terrestres de óptica adaptativa?

Quando as pesquisas iniciais de um objeto do Cinturão Kuiper para o New Horizons voar após a passagem de Plutão não encontraram bons alvos, o telescópio Hubble foi usado e resultou no sobrevôo alvo atual para 2019. As pesquisas iniciais usaram telescópios terrestres. Quando a busca correu o tempo sem um bom alvo, o Hubble foi trazido para ajudar.

De acordo com o que você leu sobre a atual geração de grandes telescópios terrestres que usam óptica adaptativa, esses telescópios têm uma resolução angular e área de captação de luz muito maiores que o Hubble. Então, por que o Hubble era mais capaz de encontrar um bom alvo?

editar
Parte da resposta pode ser que a atual geração de telescópios de óptica adaptativa apenas faça a óptica adaptativa no infravermelho , pelo menos se os KBOs forem mais bem observados na luz visível que eu não conheço, mas eu a mudei para uma pergunta separada .

Em relação a todos os que sugerem que a absorção atmosférica é a culpada, como isso se encaixa com isso: o telescópio Subaru de 8.3m (que foi um dos telescópios usados ​​na busca no solo) tem uma área de coleta de luz de 53m2. O Hubble tem uma área de coleta de 4.5m2. Portanto, a absorção atmosférica precisaria ser de 91,5% para coletar a mesma quantidade de luz. A absorção atmosférica é alta para alguns comprimentos de onda infravermelhos, mas certamente não tão alta em todos os comprimentos de onda relevantes.

Eu suspeito que é uma combinação de duas coisas:

1. Imagem de alta resolução estável e garantida em todo o campo de visão, algo impossível com a óptica adaptativa em terra;

2. Fundo muito baixo na óptica para HST (Hubble), contra um fundo muito alto para AO baseada no solo no infravermelho próximo.

A maioria dos sistemas ópticos adaptáveis ​​só é capaz de corrigir em uma região pequena (o "adesivo isoplanático") em torno de uma brilhante "estrela guia" (digamos, no máximo meio arco-minuto de raio); mesmo com estrelas-guia de laser artificiais, você ainda precisa de uma estrela-guia moderadamente brilhante para a chamada correção de "inclinação da ponta". Isso significa que você só pode fazer pesquisas de óptica adaptativa em partes limitadas do céu.

O HST , por outro lado, fornece imagens de alta resolução em todo o seu campo de visão (vários minutos de arco), o tempo todo, independentemente de onde está apontado.

Para piorar a situação, a trajetória da New Horizons está próxima do plano galáctico, por isso há muitas estrelas fracas de fundo. Isso dificulta a seleção de possíveis objetos do Cinturão Kuiper, tornando ainda mais importante uma função de espalhamento de pontos muito precisa e estável (como a do HST ).

Essas pesquisas são melhor realizadas na óptica, para minimizar o fundo do céu. A ausência de brilho atmosférico do céu (principalmente luz dispersa do Sol e da Lua) para o HST facilita a detecção rápida de fontes fracas, como KBOs. O fato de os sistemas de óptica adaptativa, como você e Rob Jeffries observarem, trabalharem quase inteiramente no infravermelho próximo, onde o fundo atmosférico é muito mais alto, torna ainda pior para eles.

A óptica adaptativa apenas atenua a turbulência do ar que desfoca as imagens - e mesmo isso é apenas uma recuperação parcial.

Todos os outros problemas permanecem. O ar absorve vários comprimentos de onda. O ar tem uma certa quantidade de brilho proveniente de várias fontes (poluição luminosa, etc.) que mascara objetos fracos. Etc.

Não há substituto real para um grande telescópio operando a vácuo.

Eu acho que você acertou a cabeça na sua pergunta. Os KBOs são vistos sob a luz do sol refletida e são incrivelmente fracos, já que a quantidade de luz refletida que atinge a Terra é a quarta potência inversa de sua distância de nós (veja minha resposta a essa pergunta ao tentar visualizar objetos da nuvem de Oort).

Para ver esses objetos, é necessária uma observação profunda da imagem com baixos níveis de contaminação do fundo. Esse plano de fundo é minimizado com imagens com uma função de espalhamento pontual extremamente pequeno (PSF) - o tipo de PSF que só pode ser alcançado por telescópios espaciais ou telescópios terrestres usando óptica adaptativa.

No entanto, é claro que o espectro solar é fortemente atingido na região visível e os sistemas ópticos adaptativos baseados no solo não são eficazes nessa faixa de comprimento de onda (a AO baseada no solo funciona no infravermelho próximo, mas além dos KBOs serem intrinsecamente mais fracos em nesses comprimentos de onda, há também a questão do ruído de fundo, contribuído pela atmosfera da Terra e pelo próprio telescópio). Portanto, o Telescópio Espacial Hubble é o instrumento de sua escolha.

A magnitude desses objetos do cinturão de Kuiper é incrivelmente pequena, para começar. A atmosfera distorce as estrelas normalmente e espalha a luz mesmo nas noites mais claras. Além disso, esses objetos mais próximos podem ser encontrados com a detecção por infravermelho. A atmosfera absorve muito bem os comprimentos de onda infravermelhos, o que torna as observações espaciais necessárias. O telescópio Hubble também detecta ultravioleta, visível e infravermelho próximo, tornando-o um telescópio ideal para esses pequenos objetos da correia Kuiper.

Para lidar com a absorção atmosférica, telescópios terrestres, como o telescópio Subaru, são construídos nas montanhas, para que haja menos atmosfera para se olhar e a chance de cobertura de nuvens. No entanto, o problema com a busca pelo KBO era que ele precisava ser feito em um curto período de tempo para que a New Horizons pudesse ser direcionada a ele com menos combustível. O Hubble é ideal para isso, porque ele pode olhar para os objetos na direção certa o dia todo, enquanto os telescópios terrestres só podem fazer isso à noite, assumindo que seja uma noite suficientemente clara para ver esses objetos. Normalmente, o Hubble é reservado para os projetos e pesquisas científicas mais exclusivos devido à incrível qualidade de seus dados. A New Horizons já havia custado tanto que valia a pena usar um pouco de tempo procurando seu próximo destino, em vez de apenas telescópios terrestres.

Este artigo [1] sugere que uma das vantagens que o Hubble e outros telescópios espaciais têm é que eles podem melhor imaginar objetos muito fracos, porque não precisam lidar com o brilho atmosférico. A óptica adaptativa não ajuda nisso, e uma área de coleta maior também coleta mais brilho de fundo. Além disso, o brilho atmosférico é mais intenso no infravermelho do que na luz visível.

Outras diferenças listadas: Os telescópios terrestres não podem fazer medições precisas de brilho devido à turbulência atmosférica (a AO aparentemente não ajuda nisso); telescópios terrestres podem ter melhor resolução angular devido a tamanhos maiores; os telescópios terrestres podem usar espectrógrafos maiores, mais pesados ​​e melhores do que os praticados em naves espaciais.

[1] Introdução à óptica adaptativa e sua história, Claire Max, no Center for Adaptive Optics, U. Califórnia, 2001