क्या होगा यदि पृथ्वी पर एक दूरबीन छवि का उदाहरण देने के लिए पृथ्वी की परिक्रमा कर रहे एक दूरबीन से देखती है? क्या आप दूर तक या अधिक स्पष्टता से देख पाएंगे?
जवाब
आगे देखने के लिए आपको धुंधली चीज़ें देखने की ज़रूरत है। इसके लिए बड़े व्यास वाले ऑब्जेक्टिव लेंस या दर्पण की आवश्यकता होती है। लंबी फोकल लंबाई या अधिक शक्तिशाली ऐपिस से दूर की वस्तुओं का पता लगाना कठिन हो जाएगा क्योंकि वे धुंधली हो जाएंगी।
अधिक स्पष्ट रूप से देखने के लिए आपको अधिक रिज़ॉल्यूशन की आवश्यकता है। दूरबीन का विभेदन अभिदृश्यक के व्यास से भी निर्धारित होता है। एक लंबी फोकल लंबाई या अधिक शक्तिशाली ऐपिस केवल धुंधली छवि को बड़ा करेगा और आपको कोई अतिरिक्त विवरण नहीं दिखाएगा।
यह मूल रूप से रॉबर्ट फ्रॉस्ट के उत्तर पर जेफरी फिलिप की टिप्पणी का जवाब था, लेकिन यह विस्तृत हो गया इसलिए मैंने इसे तोड़ दिया। [अद्यतन: मैं बाहर गया और नीले आकाश की चमक को मापा और नीचे एसएनआर संख्याओं में एक छोटा सा सुधार किया, और फिर पॉइंटिंग समस्या भर दी।]
वायुमंडल का धुंधला भाग अधिकतर इसका निचला 800 मीटर है। चूँकि हबल 559 किमी ऊपर है, यह पथ का अंतिम 0.15% है। यह 22 फीट दूर से शॉवर ग्लास के 3/8" टुकड़े के सामने दबे हुए किसी के शरीर को देखने जैसा है।
यह समझना महत्वपूर्ण है कि नीचे देखना ऊपर देखने जैसा नहीं है। यदि आप अपनी नजर शॉवर ग्लास के एक टुकड़े पर रखते हैं, और उससे 22 फीट दूर किसी चीज को देखने की कोशिश करते हैं, तो आप 22 फीट दूर से आपको देखने वाले किसी व्यक्ति की तुलना में बहुत कम हल कर पाएंगे। ऐसा इसलिए है क्योंकि शॉवर ग्लास, या वातावरण, कुछ कोणीय वितरण द्वारा गुजरने वाली प्रकाश किरणों को बेतरतीब ढंग से विक्षेपित करता है। ग्राउंड सैंपल दूरी की इकाइयों में धुंधलापन प्राप्त करने के लिए इन कोणीय विक्षेपों को लक्ष्य की सीमा से गुणा किया जाता है।
एक और प्रभाव है जो नीचे देखने को ऊपर देखने से भी अधिक प्रभावी बनाता है। ग्राउंड सैंपल दूरी (जीएसडी, इस मामले में 9.7 सेमी) टेलीस्कोप एपर्चर (240 सेमी) से बहुत छोटी है। उस शंकु की कल्पना करें जो प्रकाश को जमीन से हबल तक एक पिक्सेल तक पहुंचाता है। अब यदि आप इसे चारों ओर पलटते हैं, और जमीन पर हबल के आकार के दूरबीन से हबल की तस्वीर लेने की कोशिश करते हैं (ऐसा कुछ जिसे करने में वायु सेना की गहरी दिलचस्पी है), तो आप पाएंगे कि आपके शंकु में बहुत अधिक वातावरण है . अधिक वायुमंडल का अर्थ है अपवर्तन उतार-चढ़ाव का अधिक सूचकांक, और इस प्रकार प्रकाश का अधिक विक्षेपण।
वायुमंडल से धुंधलापन पूरे वायुमंडलीय स्तंभ में फैला हुआ है, जिससे बहुत बड़ी ज़मीनी दूरी पर थोड़ा सा प्रकाश धुंधला हो जाता है, और अधिकांश प्रकाश बहुत कम ज़मीनी दूरी पर धुंधला हो जाता है। काफी अच्छे स्पष्टीकरण के लिए रिमोट सेंसिंग: द इमेज चेन अप्रोच देखें । यह वह ग्राफ़ है जिसे मैंने उस पुस्तक से कॉपी किया है। जैसा कि लेखक (जॉन आर शोट) बताते हैं, जब तक आप लगभग 2 सेमी के जीएसडी तक नहीं पहुंच जाते, तब तक आप जमीन की एक बहुत अच्छी तस्वीर प्राप्त करने की उम्मीद करेंगे - किसी अनुकूली प्रकाशिकी की आवश्यकता नहीं है। यहां मॉड्यूलेशन का तात्पर्य मॉड्यूलेशन ट्रांसफर फ़ंक्शन से है , जो यह मापता है कि आपको आपकी छवि कितनी मिलती है, बनाम धुंधली ग्रे गड़बड़ी (= 0% एमटीएफ)
यह ग्राफ सर्वोत्तम संभव स्थितियों की एक सुखद तस्वीर पेश करता है। अधिक सामान्य परिस्थितियों में एमटीएफ में काफी तेज गिरावट होती है, जिससे आपका वायुमंडलीय एमटीएफ 50% से कम हो जाता है। जब एक पतला बादल भी लक्ष्य के ऊपर से गुजरता है तो गंदगी स्पष्ट रूप से शून्य हो जाती है, और शहरों या मानव गतिविधि जैसे ताप स्रोतों को देखते समय अशांति बहुत अधिक होती है। टेलीस्कोप का एमटीएफ, जो इस ग्राफ़ में नहीं दिखाया गया है, ऊपर दी गई "टर्बुलेंस" रेखा के समान आकार का है। हबल के 9.7 सेमी जीएसडी (5 चक्र/मीटर, इस ग्राफ के पैमाने पर दाईं ओर) पर, इसका लगभग 50% एमटीएफ होगा।
एमटीएफ के बारे में अच्छी बात यह है कि आप सिस्टम एमटीएफ प्राप्त करने के लिए उन्हें एक साथ गुणा कर सकते हैं (यही कारण है कि हम उनका उपयोग करते हैं)। इसलिए मुझे उम्मीद है कि अधिकांश समय 9.7 सेमी जीएसडी का समाधान करते समय हबल को 25% एमटीएफ से काफी कम प्राप्त होगा। मैं 15% की योजना बनाऊंगा।
वातावरण पर पड़ने वाला दूसरा प्रमुख प्रभाव है धुंध। जब आप नीचे देखते हैं तो आपको नीला आकाश ठीक वैसे ही दिखाई देता है जैसे आप ऊपर देखते हैं। आप बहुत सटीकता से अनुमान लगा सकते हैं कि वहां कितनी धुंध है, और इसे अपनी छवि से घटा सकते हैं, लेकिन आप अभी भी धुंध से फोटॉन शॉट शोर के साथ बचे हुए हैं। सीधी धूप वाली चीज़ों के लिए, यह इतना बुरा नहीं है, लेकिन छाया वाली चीज़ों के लिए, यह शोर प्रमुख शोर स्रोत होगा।
चमकदार वस्तुओं पर एक्सपोज़र का समय पिक्सेल वेल संतृप्ति द्वारा सीमित होगा। चित्र लेने वाले WFC3 उपकरण में CCD पिक्सेल अधिकतम 72,000 इलेक्ट्रॉन ही धारण कर सकते हैं। यदि हम एक्सपोज़र की व्यवस्था करते हैं ताकि 200,000 लक्स उत्सर्जित करने वाली सतह अच्छी तरह से भर जाए (इस प्रकार थोड़ी विशिष्टता पर संतृप्त होने से बचना संभव हो जाता है, जैसे कि आप लकड़ी के एक सपाट टुकड़े से क्या प्राप्त करेंगे), तो 12,000 लक्स पर नीला आकाश होगा प्रत्येक कुएं में 4,300 इलेक्ट्रॉन भरें। 12,000 लक्स शेड में 18% परावर्तक वस्तु 2,160 लक्स लौटाएगी और इस प्रकार हमें 778 इलेक्ट्रॉन सिग्नल देगी। शोर sqrt(4300+778)=71 इलेक्ट्रॉन होगा, इसलिए सिग्नल-टू-शोर अनुपात 11 होगा। शोर बमुश्किल स्वीकार्य सेलफोन शॉट जैसा दिखेगा।
जैसा कि कई अन्य लोगों ने बताया है, हबल की मार्गदर्शन प्रणाली को उत्कृष्ट स्थिरता के साथ लंबे समय तक तारों पर इंगित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यदि हम पृथ्वी की सतह पर चीजों को शूट करना चाहते हैं, तो हमें दूरबीन की कक्षीय गति की भरपाई के लिए एक्सपोज़र के दौरान अंतरिक्ष यान को घुमाने की आवश्यकता होगी। यह कोई समस्या नहीं है, असल में... पृथ्वी की ओर इशारा करने वाले बहुत से उपग्रह हर समय ऐसा करते हैं। और वास्तव में, हबल के पास धूमकेतु और ग्रहों जैसी गतिशील वस्तुओं को इंगित करने के लिए सॉफ्टवेयर है।
हालाँकि, अधिकांश पृथ्वी-संकेत करने वाले उपग्रह इंगित करने के लिए नियंत्रण क्षण जाइरोस्कोप का उपयोग करते हैं। हबल प्रतिक्रिया पहियों का उपयोग करता है । अंतर यह है कि प्रतिक्रिया पहिये सरल, अधिक सटीक होते हैं, और वाहन को घुमाने के लिए कहीं अधिक शक्ति का उपयोग करते हैं, ताकि वे खगोलीय दूरबीनों के लिए बेहतर अनुकूल हों जहां एक्सपोज़र लेते समय शून्य रोटेशन की आवश्यकता होती है। जमीनी बिंदु लक्ष्य के आधार पर, हबल को 13 मिलिराडियन/सेकेंड की गति से घूमने की आवश्यकता होगी। हबल की अधिकतम स्लेव दर 1.75 मिलिराडियन/सेकंड तक सीमित है । इससे अधिक तेजी से घूमने के लिए प्रतिक्रिया पहिया मोटरों को अधिक शक्ति की आवश्यकता होगी, जो ज़्यादा गरम हो जाएगी।
अंत में, हबल की कक्षा पृथ्वी के ध्रुव से 28.5 डिग्री पर है, जिसका अर्थ है कि यह भूमध्य रेखा से 28.5 डिग्री से अधिक बिंदुओं से नहीं गुजरती है। इसलिए आप यूरोप, अधिकांश एशिया, अमेरिका, इराक, या अफगानिस्तान की तस्वीरें नहीं ले सकते, जो कि ज्यादातर ऐसे स्थान हैं जिनकी तस्वीरों के लिए लोग भुगतान करेंगे।
