Войти
Туманность Карина в инфракрасном свете, захваченном камерой с широким полем зрения Хаббла. Инфракрасная астрономия - это раздел астрономии и астрофизики, изучающий астрономические объекты, видимые в инфракрасном (ИК) излучении. Длина волны инфракрасного света находится в диапазоне от 0,75 до 300 микрометров. Инфракрасное излучение находится между видимым излучением в диапазоне от 380 до 750 нанометров и субмиллиметровыми волнами.
Инфракрасная астрономия началась в 1830-х годах, через несколько десятилетий после открытия инфракрасного света Уильямом Гершелем в 1800 году. Ранний прогресс был ограничен, и только в начале 20-го века убедительный обнаружение других астрономических объектов, кроме Солнца и Луны, производилось в инфракрасном свете. После того, как в 1950-х и 1960-х годах был сделан ряд открытий в радиоастрономии, астрономы осознали информацию, доступную за пределами видимого диапазона длин волн, и была создана современная инфракрасная астрономия.
Инфракрасная и оптическая астрономия часто практикуются с использованием одних и тех же телескопов, поскольку обычно используются одни и те же зеркала или линзы. эффективен в диапазоне длин волн, который включает как видимый, так и инфракрасный свет. В обоих полях также используются твердотельные детекторы, хотя конкретные типы используемых твердотельных фотодетекторов различаются. Инфракрасный свет поглощается на многих длинах волн водяным паром в атмосфере Земли, поэтому большинство инфракрасных телескопов находится на большой высоте в сухих местах, над максимально возможной частью атмосферы. В космосе также есть инфракрасные обсерватории, в том числе Космический телескоп Спитцера и Космическая обсерватория Гершеля.
Новаторский NICMOS Хаббла в ближнем инфракрасном диапазоне 
SOFIA представляет собой инфракрасный телескоп в самолете, показанный здесь в ходе испытаний 2009 года Открытие инфракрасного излучения приписывается Уильяму Гершель, который провел эксперимент в 1800 году, поместив термометр на солнечный свет разных цветов после того, как он прошел через призму . Он заметил, что повышение температуры, вызванное солнечным светом, было самым высоким за пределами видимого спектра, сразу за пределами красного цвета. То, что повышение температуры было самым высоким в инфракрасных длинах волн, было связано с спектральным откликом призмы, а не со свойствами Солнца, но тот факт, что вообще было какое-либо повышение температуры, побудил Гершеля сделать вывод, что существует невидимое излучение от Солнца. Он назвал это излучение «теплотворными лучами» и показал, что оно может отражаться, проходить и поглощаться так же, как видимый свет.
Высоко на плато Чаджнантор Большая миллиметровая матрица Атакамы обеспечивает необычайное место для инфракрасной астрономии. Начиная с 1830-х годов и продолжаясь на протяжении 19 века, предпринимались попытки обнаружить инфракрасное излучение от других астрономических источников. Излучение Луны было впервые обнаружено в 1856 году Чарльзом Пиацци Смитом, королевским астрономом Шотландии, во время экспедиции на Тенерифе, чтобы проверить свои идеи об астрономии на вершинах гор. Эрнест Фокс Николс использовал модифицированный радиометр Крукса в попытке обнаружить инфракрасное излучение от Арктура и Веги, но Николс счел результаты неубедительными.. Тем не менее, отношение потоков, которое он сообщил для двух звезд, согласуется с современным значением, поэтому Джордж Рике считает, что Николс впервые обнаружил в мире звезду, отличную от нашей.
Область инфракрасной астрономии продолжала медленно развиваться в начале 20 века, поскольку Сет Барнс Николсон и Эдисон Петтит разработали термобатарею детекторы, способные выполнять точную инфракрасную фотометрию и чувствительные к нескольким сотням звезд. Традиционные астрономы в основном пренебрегали этой областью знаний до 1960-х годов, когда большинство ученых, занимавшихся инфракрасной астрономией, на самом деле были подготовлены физиками. Успех радиоастрономии в 1950-х и 1960-х годах в сочетании с усовершенствованием технологии инфракрасных детекторов побудил большее количество астрономов обратить на это внимание, и инфракрасная астрономия прочно вошла в область астрономии.
Инфракрасное космос телескопы введены в эксплуатацию. В 1983 г. IRAS провел обзор всего неба. В 1995 году Европейское космическое агентство создало Инфракрасную космическую обсерваторию. В 1998 году на этом спутнике закончился жидкий гелий. Однако до этого оно обнаружило протозвезды и воду в нашей Вселенной (даже на Сатурне и Уране).
25 августа 2003 года НАСА запустило космический телескоп Спитцера, ранее известный как Космический Инфракрасный телескоп. В 2009 году в телескопе закончился жидкий гелий, и он потерял способность видеть в дальнем инфракрасном диапазоне. Он обнаружил звезды, туманность Двойная спираль и свет внесолнечных планет. Он продолжал работать в диапазонах 3,6 и 4,5 мкм. С тех пор другие инфракрасные телескопы помогли обнаружить новые формирующиеся звезды, туманности и звездные ясли. Инфракрасные телескопы открыли для нас совершенно новую часть галактики. Они также полезны для наблюдений за очень далекими объектами, такими как квазары. Квазары удаляются от Земли. Получающееся в результате большое красное смещение делает их трудными целями для оптического телескопа. Инфракрасные телескопы дают о них гораздо больше информации.
В мае 2008 года группа международных инфракрасных астрономов доказала, что межгалактическая пыль сильно затемняет свет далеких галактик. На самом деле галактики почти в два раза ярче, чем кажутся. Пыль поглощает большую часть видимого света и переизлучает его как инфракрасный свет.
Хаббл инфракрасный снимок Туманности Тарантул.Инфракрасное излучение с длинами волн только длиннее, чем видимый свет, известный как ближний инфракрасный свет, ведет себя очень похоже на видимый свет и может быть обнаружен с помощью аналогичных твердотельных устройств (из-за этого было обнаружено множество квазаров, звезд и галактик). По этой причине ближняя инфракрасная область спектра обычно включается как часть «оптического» спектра вместе с ближней ультрафиолетовой. Многие оптические телескопы , например телескопы обсерватории Кека, эффективно работают в ближнем инфракрасном диапазоне, а также в видимом диапазоне длин волн. Дальний инфракрасный свет простирается до субмиллиметровых волн, которые наблюдаются телескопами, такими как телескоп Джеймса Клерка Максвелла в обсерватории Мауна-Кеа.
Художественное впечатление о галактике W2246-0526, одиночная галактика, светящаяся в инфракрасном свете так же интенсивно, как 350 триллионов Солнц. Как и все другие формы электромагнитного излучения, инфракрасное излучение используется астрономами для изучения Вселенной. Действительно, инфракрасные измерения, выполненные астрономическими обследованиями 2MASS и WISE, оказались особенно эффективными при обнаружении ранее неоткрытых звездных скоплений . Примерами таких встроенных звездных скоплений являются FSR 1424, FSR 1432, Camargo 394, Camargo 399, Majaess 30 и Majaess 99. Инфракрасные телескопы, в том числе большинство основных оптических телескопов, а также несколько специализированных инфракрасных телескопов, нуждаются в охлаждении с помощью жидкий азот и защищен от теплых предметов. Причина этого в том, что объекты с температурами в несколько сотен кельвинов излучают большую часть своей тепловой энергии в инфракрасных длинах волн. Если бы инфракрасные детекторы не охлаждались, излучение самого детектора могло бы внести свой вклад в шум, который затмил бы излучение любого небесного источника. Это особенно важно в средней и дальней инфракрасной областях спектра.
Для достижения более высокого углового разрешения некоторые инфракрасные телескопы объединены в астрономические интерферометры. Эффективное разрешение интерферометра определяется расстоянием между телескопами, а не размером отдельных телескопов. При использовании вместе с адаптивной оптикой инфракрасные интерферометры, такие как два 10-метровых телескопа в обсерватории Кек или четыре 8,2-метровых телескопа, составляющие очень большой телескоп интерферометр, могут достигать больших угловых значений. разрешающая способность.
Атмосферные окна в инфракрасном диапазоне. Основным ограничением инфракрасной чувствительности наземных телескопов является атмосфера Земли. Водяной пар поглощает значительное количество инфракрасного излучения, а сама атмосфера излучает инфракрасные волны. По этой причине большинство инфракрасных телескопов устанавливаются в очень сухих местах на большой высоте, так что они находятся над большей частью водяного пара в атмосфере. Подходящие места на Земле включают Обсерваторию Мауна-Кеа на высоте 4205 метров над уровнем моря, Обсерваторию Паранал на высоте 2635 метров в Чили и высокогорные районы ледяных пустынь, такие как как Купол C в Антарктика. Даже на больших высотах прозрачность атмосферы Земли ограничена, за исключением инфракрасных окон или длин волн, на которых атмосфера Земли прозрачна. Основные инфракрасные окна перечислены ниже:
| Спектр | Длина волны. (микрометров ) | Астрономические. диапазоны | Телескопы |
|---|---|---|---|
| Ближний инфракрасный диапазон | 0,65–1,0 | диапазоны R и I | Все основные оптические телескопы |
| Ближний инфракрасный диапазон | 1,1–1,4 | Диапазон J | Самый крупный оптические телескопы и большинство специализированных инфракрасных телескопов |
| Ближний инфракрасный диапазон | от 1,5 до 1,8 | H-диапазон | Большинство основных оптических телескопов и большинство специализированных инфракрасных телескопов |
| Ближний инфракрасный диапазон | 2,0 до 2,4 | Диапазон K | Большинство основных оптических телескопов и большинство специализированных инфракрасных телескопов |
| Ближний инфракрасный диапазон | 3,0 до 4,0 | Диапазон L | Наиболее специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы |
| Ближний инфракрасный | от 4,6 до 5,0 | диапазон M | Большинство специализированных инфракрасных телескопов и некоторые оптические телескопы |
| Средний инфракрасный диапазон | от 7,5 до 14,5 | диапазон N | Большинство специализированных инфракрасных телескопов и некоторые оптические телескопы |
| Средне-инфракрасные | 17–25 | Диапазон Q | Некоторые специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы |
| Дальний инфракрасный диапазон | 28–40 | Диапазон Z | Некоторые специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы |
| Дальний инфракрасный порт | 330–370 | Некоторые специализированные инфракрасные телескопы и некоторые оптические телескопы | |
| Дальний инфракрасный порт | 450 | субмиллиметровый | Субмиллиметровый телескопы |
Как и в случае с телескопами видимого света, космос - идеальное место для инфракрасных телескопов. В космосе изображения с инфракрасных телескопов могут достигать более высокого разрешения, поскольку они не страдают от размытия, вызванного атмосферой Земли, а также не имеют поглощения, вызванного атмосферой Земли. Современные инфракрасные телескопы в космосе включают Космическую обсерваторию Гершеля, Космический телескоп Спитцера и Wide-field Infrared Survey Explorer. Поскольку вывод телескопов на орбиту обходится дорого, существуют также воздушные обсерватории, такие как Стратосферная обсерватория для инфракрасной астрономии и Воздушная обсерватория Койпера. Эти обсерватории размещают телескопы над большей частью, но не над всей атмосферой, что означает, что инфракрасный свет из космоса поглощается водяным паром в атмосфере.
Одна из наиболее распространенных групп инфракрасных детекторов, используемых в исследовательских телескопах, - HgCdTe массивы. Они хорошо работают в диапазоне длин волн от 0,6 до 5 микрометров. Для более длинноволновых наблюдений или более высокой чувствительности могут использоваться другие детекторы, включая другие полупроводниковые детекторы с узкими зазорами, низкотемпературные массивы болометров или системы подсчета фотонов сверхпроводящие туннельные переходы..
К особым требованиям для инфракрасной астрономии относятся: очень низкие темновые токи, обеспечивающие длительное время интегрирования, связанные с ними схемы считывания с низким уровнем шума и иногда очень высокие значения пикселей.
Низкая температура часто достигается за счет охлаждающей жидкости, которая может вытечь. Космические миссии либо закончились, либо перешли к «теплым» наблюдениям, когда запас теплоносителя исчерпан. Например, в WISE закончилась охлаждающая жидкость в октябре 2010 года, примерно через десять месяцев после запуска. (См. Также NICMOS, Космический телескоп Спитцера)
Многие космические телескопы обнаруживают электромагнитное излучение в диапазоне длин волн, который перекрывается по крайней мере в некоторой степени с инфракрасным диапазоном длин волн. Поэтому трудно определить, какие космические телескопы являются инфракрасными. Здесь определение «инфракрасный космический телескоп» означает космический телескоп, основной задачей которого является обнаружение инфракрасного света.
В космосе побывало семь инфракрасных космических телескопов. Это:
Кроме того, Космический телескоп Джеймса Уэбба - это инфракрасный космический телескоп, запуск которого запланирован на 2021 год.. SPHEREx намечен к запуску в 2023 году. НАСА также рассматривает возможность создания широкоугольного инфракрасного обзорного телескопа (WFIRST).
ЕКА разрабатывает собственный спутник ближнего инфракрасного диапазона, спутник Евклид, запуск которого запланирован на 2022 год.
Многие другие небольшие космические миссии и космические детекторы инфракрасного излучения радиации эксплуатировались в космосе. К ним относятся инфракрасный телескоп (IRT), который летал с космическим челноком.
. Астрономический спутник субмиллиметрового диапазона (SWAS) иногда упоминается как инфракрасный спутник, хотя он спутник субмиллиметрового диапазона.
Для многих космических телескопов только некоторые инструменты могут вести инфракрасное наблюдение. Ниже перечислены некоторые из наиболее известных из этих космических обсерваторий и инструментов:
Были использованы три обсерватории на самолетах (иногда также использовались другие самолеты для размещения инфракрасные исследования космоса) для изучения неба в инфракрасном диапазоне. Это:
Многие наземные инфракрасные телескопы существуют по всему миру. Наиболее крупные из них:
