Kuinka infrapuna-teleskooppi toimii?

Infrapuna-teleskoopit käyttävät periaatteessa samoja komponentteja ja noudattavat samoja periaatteita kuin näkyvän valon teleskoopit; nimittäin jotkut linssien ja peilien yhdistelmät keräävät ja kohdentavat säteilyn ilmaisimeen tai ilmaisimiin, joista data käännetään tietokoneella hyödylliseksi informaatioksi. Ilmaisimet ovat yleensä kokoelma erikoistuneita kiinteän olomuodon digitaalisia laitteita: yleisimmin käytetty materiaali näihin on suprajohtava seos HgCdTe (elohopea kadmiumtelluridi). Ympäröivien lämmönlähteiden saastumisen välttämiseksi ilmaisimet on jäähdytettävä kryogeenillä, kuten nestemäisellä typellä tai heliumilla, lämpötiloihin, jotka lähestyvät absoluuttista nollaa; Spitzer-avaruusteleskooppi, joka aloitti toimintansa vuonna 2003, oli kaikkien aikojen suurin avaruuspohjainen infrapunateleskooppi, jäähdytetään -273 C ja seuraa innovatiivista maata jäljittelevää heliosentristä kiertorataa, jolloin se välttää maapallon heijastuneen ja alkuperäisen lämmön Maa.

Maapallon ilmakehän vesihöyry absorboi suurimman osan avaruudesta tulevasta infrapunasäteilystä, joten maanpinnan infrapunateleskoopit on sijoitettava korkealle ja kuivaan ympäristöön, jotta ne olisivat tehokkaita. Havaijin Mauna Kean observatoriot ovat 4205 metrin korkeudessa. Ilmakehän vaikutuksia vähennetään asentamalla kaukoputket korkealle lentäviin lentokoneisiin, tekniikkaa, jota käytetään menestyksekkäästi vuosina 1974-1995 toimineessa Kuiperin ilma-observatoriossa (KAO). Ilmakehän vesihöyryn vaikutukset eliminoidaan tietysti kokonaan avaruuspohjaisissa teleskoopeissa; kuten optisten teleskooppien kohdalla, avaruus on ihanteellinen paikka tehdä infrapuna-tähtitieteellisiä havaintoja. Ensimmäinen vuonna 1983 lanseerattu orbitaalinen infrapunateleskooppi, IRAS (Infrared Astronomy Satellite), kasvatti tunnettua tähtitietoluetteloa noin 70 prosenttia.

Infrapunateleskoopit voivat havaita esineitä liian viileinä ja siksi liian heikkoina havaittaviksi näkyvässä valossa, kuten planeetat, jotkut sumuja ja ruskeat kääpiötähdet. Infrapunasäteilyllä on myös pidempi aallonpituus kuin näkyvällä valolla, mikä tarkoittaa, että se voi kulkea tähtitieteellisen kaasun ja pölyn läpi hajoamatta. Täten näkyvästä spektristä näkymältä peitetyt esineet ja alueet, mukaan lukien Linnunradan keskusta, voidaan havaita infrapunassa.

Maailmankaikkeuden jatkuva laajeneminen johtaa punasiirtymäilmiöön, joka saa tähtikohteen säteilyn asteittain pitemmiksi aallonpituuksiksi kauemmas maasta, jossa esine on. Niinpä siihen mennessä, kun se saavuttaa Maan, suuri osa kaukana olevien esineiden näkyvästä valosta on siirtynyt infrapunaan ja se voidaan havaita infrapunateleskoopeilla. Hyvin kaukaisista lähteistä tuleva säteily on kestänyt niin kauan, että se oli Maan päällä päästettiin ensimmäisen kerran varhaisessa maailmankaikkeudessa ja antaa siten käsityksen tästä tähtitieteellisen elintärkeästä jaksosta historia.