Come funziona un telescopio a infrarossi?

I telescopi a infrarossi utilizzano fondamentalmente gli stessi componenti e seguono gli stessi principi dei telescopi a luce visibile; vale a dire, una combinazione di lenti e specchi raccoglie e focalizza la radiazione su uno o più rivelatori, i cui dati vengono tradotti dal computer in informazioni utili. I rivelatori sono solitamente una raccolta di dispositivi digitali a stato solido specializzati: il materiale più comunemente usato per questi è la lega superconduttrice HgCdTe (tellururo di cadmio e mercurio). Per evitare la contaminazione da fonti di calore circostanti, i rivelatori devono essere raffreddati da un criogeno come azoto liquido o elio a temperature prossime allo zero assoluto; lo Spitzer Space Telescope, che al suo lancio nel 2003 era il più grande telescopio a infrarossi spaziale mai realizzato, è raffreddato per -273 C e segue un'innovativa orbita eliocentrica di trascinamento della Terra per cui evita il calore riflesso e indigeno del Terra.

Il vapore acqueo nell'atmosfera terrestre assorbe la maggior parte delle radiazioni infrarosse dallo spazio, quindi i telescopi a infrarossi a terra devono essere posizionati ad alta quota e in un ambiente asciutto per essere efficaci; gli Osservatori di Mauna Kea, Hawaii, si trovano a un'altitudine di 4205 m. Gli effetti atmosferici sono ridotti montando telescopi su velivoli ad alta quota, una tecnica utilizzata con successo sul Kuiper Airborne Observatory (KAO), che ha operato dal 1974 al 1995. Gli effetti del vapore acqueo atmosferico sono, ovviamente, eliminati del tutto nei telescopi spaziali; come con i telescopi ottici, lo spazio è il luogo ideale da cui effettuare osservazioni astronomiche all'infrarosso. Il primo telescopio orbitale a infrarossi, l'Infrared Astronomy Satellite (IRAS), lanciato nel 1983, ha aumentato il catalogo astronomico noto di circa il 70 percento.

I telescopi a infrarossi possono rilevare oggetti troppo freddi e quindi troppo deboli per essere osservati alla luce visibile, come i pianeti, alcune nebulose e le stelle nane brune. Inoltre, la radiazione infrarossa ha lunghezze d'onda più lunghe della luce visibile, il che significa che può passare attraverso il gas e la polvere astronomici senza essere dispersa. Pertanto, gli oggetti e le aree oscurate alla vista nello spettro visibile, incluso il centro della Via Lattea, possono essere osservati nell'infrarosso.

L'espansione in corso dell'universo provoca il fenomeno del redshift, che fa sì che la radiazione di un oggetto stellare abbia lunghezze d'onda progressivamente più lunghe quanto più lontano dalla Terra è l'oggetto. Pertanto, quando raggiunge la Terra, gran parte della luce visibile da oggetti distanti si è spostata nell'infrarosso e può essere rilevata dai telescopi a infrarossi. Quando proviene da fonti molto lontane, questa radiazione ha impiegato così tanto tempo per raggiungere la Terra che era emesso per la prima volta nell'universo primordiale e quindi fornisce informazioni su questo periodo vitale di astronomico storia.