Perché i radiotelescopi hanno una forma così diversa rispetto ai telescopi ottici?

Perché i radiotelescopi sono in genere solo una parabola con sopra un ricevitore, mentre i telescopi ottici hanno uno specchio primario, secondario e talvolta anche terziario?

In altre parole, perché i radiotelescopi hanno un solo riflettore, mentre i telescopi ottici ne hanno fino a tre o più?

Gli stessi fenomeni ondulatori, come la messa a fuoco, dovrebbero applicarsi in entrambi i casi. Quindi non capisco perché la geometria sarebbe radicalmente diversa. Potresti semplicemente sostituire gli specchi reali con un solido conveniente, come la plastica, che riflette le onde radio così come gli specchi riflettono le onde ottiche.

Non sono diversi. Si applicano gli stessi principi. Potresti avere specchi secondari, terziari, quaternari e così via, con strumenti a qualsiasi lunghezza d'onda, sia ottica che radio o infrarossa, ecc. Potresti anche avere la strumentazione posta direttamente in primo piano (quindi nessun specchio diverso dal primario) con qualsiasi tipo di strumento: radio o infrarossi o visibile o altro.

Vedi questa immagine del telescopio Hale di 5 metri sul monte. Palomar - in questo caso non esiste uno specchio secondario, l'osservatore è seduto in una piccola gabbia al primo fuoco, usando direttamente lo specchio primario:

Naturalmente, per altri scenari, il telescopio Hale impiega specchi secondari e terziari - dipende dai dettagli del telescopio, dalla strumentazione, dall'esperimento o dalla ricerca che stai facendo, ecc.

Uno dei motivi per cui molti dei grandi telescopi ottici hanno molto spesso almeno uno specchio secondario è che l'architettura preferita nella maggior parte di questi casi è il Ritchey-Chrétien , scelto spesso per i più grandi telescopi professionali perché elimina il coma , un'aberrazione che è dannosa per astrometria (con il coma, le immagini delle stelle non sono rotonde, quindi è difficile misurare le distanze angolari tra loro). Potresti usare direttamente lo specchio primario di un tale telescopio, certo, ma essendo uno specchio iperbolico concavo, ha forti aberrazioni proprie e quindi richiede il secondario iperbolico convesso (spesso un'iperbole forte, con una grande eccentricità) per correggere aberrazioni.

Il telescopio Hale nella foto sopra ha un primario parabolico, quindi usarlo direttamente non è un problema.

Ancora una volta, tutto quanto sopra non sono regole rigide, ma solo osservazioni statistiche.

Alcuni radiotelescopi hanno la strumentazione al centro dell'attenzione semplicemente perché è conveniente per quel caso particolare. Altri radiotelescopi hanno specchi secondari. Ancora una volta, tutto dipende da cosa cerchi di ottenere. Ad esempio, il radiotelescopio Arecibo potrebbe essere utilizzato sia in primo fuoco, sia con uno specchio secondario in una configurazione gregoriana - ecco l'immagine con la strumentazione per il fuoco principale e lo specchio gregoriano a sinistra:

Nel caso dell'ambito Arecibo, gli specchi N-ary vengono talvolta utilizzati per correggere l'aberrazione del riflettore primario sferico, ma non è l'unica ragione per cui vengono utilizzati.

Ecco una discussione che mette a confronto varie architetture (classico Cassegrain contro Ritchey-Chrétien contro anastigmatic aplanat) per un grande radiotelescopio, evidenziando vari design, prestazioni e problemi operativi per ciascuno. TLDR: il classico Cassegrain è tradizionale per i radiotelescopi, ma l'architettura RC funziona meglio e non è significativamente più difficile da costruire; OTOH, con RC devi sempre usare il secondario.

I radiotelescopi hanno una forma diversa principalmente perché non possiamo vedere le microonde o le onde radio. I telescopi ottici sono progettati in modo che vi sia un punto focale in cui è possibile guardare e vedere l'immagine. Tuttavia, i radiotelescopi e i telescopi ottici funzionano in modo molto simile, e talvolta i radiotelescopi hanno riflettori secondari.

In un telescopio ottico gli specchi secondari sono generalmente pensati per reindirizzare la luce e focalizzare l'immagine per l'occhio. Lo specchio principale è ciò che sta raccogliendo la luce, quindi è ciò che sta facendo l'ingrandimento. Puoi vedere un ottimo esempio di questo con l'immagine del telescopio newtoniano qui sotto (grazie, Wikipedia!).

Radiotelescopi

I radiotelescopi funzionano effettivamente in modo molto simile. La porzione "parabolica" del telescopio riflette le onde, lo stesso dello specchio primario nell'ambito ottico. Viene quindi ricevuto dalla parte LNB / LNA / ricevitore. Puoi considerarlo come il punto focale in cui lo specchio secondario è posizionato nel telescopio ottico.

Oltre a ciò, a volte i radiotelescopi hanno effettivamente un riflettore secondario. Userò un'immagine di un radiotelescopio presso il complesso di comunicazioni dello spazio profondo Goldstone del NASA Jet Propulsion Laboratory per mostrarlo (anche da Wikipedia). Il "piatto" è il riflettore principale, quindi viene nuovamente riflesso dal riflettore secondario che viene sostenuto dai bracci metallici. Dopo la seconda riflessione il segnale entra nel ricevitore collegato al riflettore primario.

Uno dei motivi della differenza è il semplice numero di diversi strumenti ottici (e nel vicino infrarosso) disponibili. La maggior parte dei telescopi ottici professionali ha due o più strumenti standard (ad es. Un riproduttore d'immagini e uno spettrografo), con la possibilità di aggiungere di volta in volta strumenti ospite; alcuni hanno fino a cinque strumenti standard contemporaneamente. Avere gli strumenti montati alla base del telescopio rende molto più facile passare da uno all'altro (a volte, come con un innesto Nasmyth, semplicemente ruotando lo specchio terziario di 90 o 180 gradi) di quanto sarebbe se gli strumenti fossero montati a fuoco primario .

Vedi, ad esempio, l'immagine in questa pagina web per il telescopio SOAR, che ha porte per cinque diversi strumenti: http://www.lna.br/soar/telescope_e.html