Hoe werkt een infraroodtelescoop?

Infraroodtelescopen gebruiken in wezen dezelfde componenten en volgen dezelfde principes als telescopen voor zichtbaar licht; namelijk, een combinatie van lenzen en spiegels verzamelt en focust straling op een detector of detectoren, waarvan de gegevens door de computer worden omgezet in bruikbare informatie. De detectoren zijn meestal een verzameling gespecialiseerde solid-state digitale apparaten: het meest gebruikte materiaal hiervoor is de supergeleiderlegering HgCdTe (kwik-cadmiumtelluride). Om besmetting door omringende warmtebronnen te voorkomen, moeten de detectoren worden gekoeld door een cryogeen zoals vloeibare stikstof of helium tot temperaturen die het absolute nulpunt naderen; de Spitzer Space Telescope, die bij zijn lancering in 2003 de grootste in de ruimte gebaseerde infraroodtelescoop ooit was, wordt gekoeld tot -273 C en volgt een innovatieve aardse heliocentrische baan waarbij het de gereflecteerde en inheemse warmte van de Aarde.

Waterdamp in de atmosfeer van de aarde absorbeert de meeste infraroodstraling uit de ruimte, dus infraroodtelescopen op de grond moeten op grote hoogte en in een droge omgeving worden geplaatst om effectief te zijn; de observatoria in Mauna Kea, Hawaii, bevinden zich op een hoogte van 4205 m. Atmosferische effecten worden verminderd door telescopen op hoogvliegende vliegtuigen te monteren, een techniek die met succes werd gebruikt op de Kuiper Airborne Observatory (KAO), die van 1974 tot 1995 actief was. De effecten van atmosferische waterdamp worden natuurlijk volledig geëlimineerd in telescopen in de ruimte; net als bij optische telescopen is de ruimte de ideale locatie om infrarode astronomische waarnemingen te doen. De eerste orbitale infraroodtelescoop, de Infrared Astronomy Satellite (IRAS), gelanceerd in 1983, verhoogde de bekende astronomische catalogus met ongeveer 70 procent.

Infraroodtelescopen kunnen objecten detecteren die te koud en daarom te zwak zijn om in zichtbaar licht te worden waargenomen, zoals planeten, sommige nevels en bruine dwergsterren. Ook heeft infraroodstraling langere golflengten dan zichtbaar licht, wat betekent dat het door astronomisch gas en stof kan gaan zonder te worden verstrooid. Zo kunnen objecten en gebieden die aan het zicht onttrokken zijn in het zichtbare spectrum, inclusief het centrum van de Melkweg, in het infrarood worden waargenomen.

De voortdurende uitdijing van het universum resulteert in het roodverschuivingsfenomeen, dat ervoor zorgt dat straling van een stellair object steeds langere golflengten heeft naarmate het object verder van de aarde verwijderd is. Dus tegen de tijd dat het de aarde bereikt, is veel van het zichtbare licht van verre objecten verschoven naar het infrarood en kan het worden gedetecteerd door infraroodtelescopen. Wanneer deze straling van zeer verre bronnen komt, heeft het zo lang geduurd om de aarde te bereiken dat het was voor het eerst uitgezonden in het vroege heelal en geeft zo inzicht in deze vitale periode van astronomische geschiedenis.