Por que os radiotelescópios têm um formato tão diferente dos telescópios ópticos?

Por que os radiotelescópios normalmente são apenas um prato com um receptor acima dele, enquanto os telescópios ópticos têm um espelho primário, mais secundário e às vezes até um terciário?

Em outras palavras, por que os radiotelescópios têm apenas um refletor, enquanto os telescópios ópticos têm até três ou mais?

O mesmo fenômeno de onda, como foco, deve ser aplicado nos dois casos. Portanto, não entendo por que a geometria seria radicalmente diferente. Você pode simplesmente substituir os espelhos reais por um sólido conveniente, como o plástico, que reflete as ondas de rádio tão bem quanto os espelhos refletem as ondas ópticas.

Eles não são diferentes. Os mesmos princípios se aplicam. Você pode ter espelhos secundários, terciários, quaternários e assim por diante, com instrumentos em qualquer comprimento de onda, ótico, rádio ou infravermelho, etc. com qualquer tipo de instrumento - rádio ou infravermelho ou visível ou qualquer outra coisa.

Veja esta imagem do telescópio Hale de 5 metros no Monte. Palomar - neste caso, não há espelho secundário, o observador está sentado em uma pequena gaiola no foco principal, usando o espelho primário diretamente:

Obviamente, para outros cenários, o telescópio Hale emprega espelhos secundários e terciários - depende dos detalhes do telescópio, da instrumentação, do experimento ou da pesquisa que você está fazendo etc.

Uma das razões pelas quais muitos dos grandes telescópios ópticos costumam ter pelo menos um espelho secundário é que a arquitetura preferida na maioria desses casos é a Ritchey – Chrétien - escolhida frequentemente para os maiores telescópios profissionais porque elimina o coma , uma aberração que é prejudicial para a pessoa. astrometria (com coma, as imagens das estrelas não são redondas, por isso é difícil medir distâncias angulares entre elas). Você poderia usar o espelho primário de tal telescópio diretamente, com certeza, mas sendo um espelho hiperbólico côncavo, ele possui fortes aberrações e, portanto, requer o secundário hiperbólico convexo (geralmente uma hipérbole forte, com uma grande excentricidade) para corrigir a aberrações.

O telescópio Hale na foto acima tem um primário parabólico, portanto, usá-lo diretamente não é um problema.

Novamente, todos os itens acima não são regras estritas, apenas observações estatísticas.

Alguns radiotelescópios têm instrumentação no foco principal, simplesmente porque é conveniente para esse caso em particular. Outros radiotelescópios têm espelhos secundários. Novamente, tudo depende do que você tenta alcançar. Por exemplo, o radiotelescópio Arecibo pode ser usado em foco principal ou com um espelho secundário em uma configuração gregoriana - aqui está a imagem com a instrumentação de foco principal e o espelho gregoriano à esquerda:

No caso do escopo Arecibo, os espelhos N-árias são algumas vezes usados ​​para corrigir a aberração do refletor primário esférico, mas essa não é a única razão pela qual eles são usados.

Aqui está uma discussão comparando várias arquiteturas (Cassegrain clássico versus Ritchey-Chrétien versus aplanat anastigmático) para um grande radiotelescópio, destacando vários problemas de design, desempenho e operação de cada um. TLDR: o Cassegrain clássico é tradicional para radiotelescópios, mas a arquitetura RC tem um desempenho melhor e não é significativamente mais difícil de construir; OTOH, com RC você deve sempre usar o secundário.

Os radiotelescópios têm formas diferentes principalmente porque não podemos ver microondas ou ondas de rádio. Os telescópios ópticos são projetados para que haja um ponto focal no qual você possa ver e ver a imagem. No entanto, os radiotelescópios e os telescópios ópticos realmente funcionam de maneira muito semelhante e, às vezes, os radiotelescópios possuem refletores secundários.

Em um telescópio óptico, os espelhos secundários geralmente destinam-se a redirecionar a luz e focar a imagem no olho. O espelho principal é o que está captando a luz, então é o que está fazendo a ampliação. Você pode ver um ótimo exemplo disso com a imagem do telescópio newtoniano abaixo (obrigado, Wikipedia!).

Telescópios de rádio

Os radiotelescópios realmente funcionam de maneira muito semelhante. A parte "parabólica" do telescópio está refletindo as ondas, o mesmo que o espelho primário no osciloscópio óptico. Em seguida, é recebido na parte LNB / LNA / receptor. Você pode pensar nisso como o ponto focal em que o espelho secundário está posicionado no telescópio óptico.

Além disso, às vezes os radiotelescópios realmente têm um refletor secundário. Usarei uma imagem de um radiotelescópio no Complexo de Comunicações Deep Space Goldstone do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA para mostrar isso (também da Wikipedia). O "prato" é o refletor primário, depois é refletido novamente no refletor secundário que está sendo sustentado pelos braços de metal. Após a segunda reflexão, o sinal entra no receptor conectado ao refletor primário.

Uma das razões para a diferença é o grande número de diferentes instrumentos ópticos (e infravermelhos próximos) disponíveis. A maioria dos telescópios ópticos profissionais possui dois ou mais instrumentos padrão (por exemplo, um gerador de imagens e um espectrógrafo), com a possibilidade de adicionar instrumentos convidados de tempos em tempos; alguns têm até cinco instrumentos padrão ao mesmo tempo. Ter os instrumentos montados na base do telescópio torna muito mais fácil alternar entre eles (às vezes, como na montagem Nasmyth, simplesmente girando o espelho terciário em 90 ou 180 graus) do que seria se os instrumentos fossem montados com foco principal .

Veja, por exemplo, a figura nesta página da Web do Telescópio SOAR, que possui portas para cinco instrumentos diferentes: http://www.lna.br/soar/telescope_e.html