Кратко: наземные радиотелескопы сильны в длинноволновой (радио/мм/субмм) астрономии за счёт больших зеркал и интерферометрии (VLBI), космические обсерватории необходимы в инфракрасном (особенно средне/дальнем IR) и во всех рентгеновских диапазонах из‑за поглощения и фонового излучения атмосферы. Ниже — причины и конкретные открытия, достижимые только одним из подходов.
Почему различия существуют
- Атмосферная прозрачность: атмосфера прозрачна на многих радиочастотах, частично прозрачна в окне ближнего ИК ($\sim 0.7\text{–}2.5\mu \text{m}$) и в отдельных субмм/мм-окнах, но почти полностью поглощает средний/дальний ИК и все рентгеновские купюры. Рентген полностью блокируется: наблюдения возможны только из космоса.
- Тепловой фон: Земля и атмосфера дают сильный тепловой фон в ИК, что резко снижает чувствительность; в космосе фон намного ниже.
- Ионосфера и низкие частоты: ионосфера блокирует/искажает низкочастотные радиоволны ниже порядка $\sim 10\text{MHz}$. Для исследований «тёмных веков» Вселенной нужны космические/лунные радиоинструменты.
- Разрешение и собирающая площадь: наземные массивы (VLBI, ALMA, SKA) могут дать экстремально высокое угловое разрешение и большую эквивалентную площадь; это недоступно космическим телескопам тех же размеров.
- Помехи: радиочастотные помехи (RFI) сильно ограничивают наземные наблюдения.
Открытия, возможные практически только с наземных радиотелескопов
- Очень высокое угловое разрешение VLBI (микро- и наносекунды угла): изображение тени чёрной дыры (EHT) — подтверждение структуры горизонта событий.
- Пульсарная астрометрия и точное тайминг‑наблюдение (пульсарные тайминговые массивы) для поиска наногерцевых гравитационных волн.
- Открытие и локализация быстрых радиоимпульсов (FRB) в большом количестве — быстрые наземные радиосистемы с большой площадью и широкой полосой.
- Детальная радиомолекулярная спектроскопия и высокоразрешающая съёмка протопланетных дисков (ALMA в мм/субмм) — образование планет, химия плотных облаков (многие спектральные линии в мм/субмм доступны только с наземных высокогорных массивов).
- Большие опросы по 21‑см линии нейтрального водорода на низких и средних z (SKA и другие) — карта больших структур, эволюция галактик (в определённых диапазонах частот).
Открытия, возможные практически только из космоса (ИК и рентген)
- Любые рентгеновские открытия: изображение горячего газа в скоплениях галактик, исследование аккреционных дисков и корон вокруг чёрных дыр и нейтронных звёзд, обнаружение и быстрый захват вспышек гамма‑/рентген‑всплесков (Chandra, XMM‑Newton, NuSTAR). Это недоступно наземно, т.к. рентген полностью поглощается.
- Глубокая чувствительность в среднем и дальнем ИК ($\lambda \gtrsim 5\mu \text{m}$ и далее): открытие первых звёзд и галактик на больших z, спектроскопия холодной пыли и линий $[\text{CII}]$, $[\text{O I}]$, водяных линий, изучение химии протопланетных дисков и холодных межзвёздных облаков (Spitzer, Herschel, JWST). Наземные наблюдения здесь ограничены фоном и поглощением.
- Низкочастотная космология «тёмных веков»: наблюдения радиоизлучения на частотах ниже ионосферного порога ($<\sim 10\text{MHz}$) — требуют космических или лунных инструментов.
- Высокочувствительная ИК‑спектроскопия на слабых источниках и в длинноволновой ИК (фоновая температура ниже) — обнаружение очень холодной пыли и морфологии формирующихся галактик на ранних стадиях.
Примеры конкретных открытий и почему альтернативы не годятся
- Рентген: открытие горячего межгалактического газа и карта ударных фронтов в скоплениях — невозможно с земли (атмосфера блокирует рентген).
- JWST: спектроскопия слабых объектов в средне‑ИК (первые галактики) — наземный фон и атмосферные линии делают такой уровень чувствительности недостижимым.
- EHT (радио VLBI): изображение тени M87* — потребовалась огромная базовая линия (наземные радиотелескопы) и доступный мм‑диапазон; космические ИК/рентген инструменты не дадут такой детальной радиовизуализации горизонта событий.
- Наблюдение космической «тёмной эры» на частотах $<\sim 10\text{MHz}$ — возможно только из космоса/лунной тени (надземные массивы бесполезны).
Краткая сводка
- Радио (на земле): уникально для высокого разрешения (VLBI), больших площадей, пульсарной тайминговой науки, FRB и многих молекулярных линий в мм/субмм. Ограничения: RFI, ионосфера, некоторые частоты и линии недоступны.
- Инфракрасный (космос): критичен для средне/дальнего ИК — высокая чувствительность, низкий фон, спектры холодной пыли и ранних галактик. Наземные ИК хороши в ближнем ИК с AO и в субмм с высокогорными массивами, но уступают в диапазонах, где фон и поглощение велики.
- Рентген: исключительно космическая область — все открытия в рентгене возможны только из космоса.
Комбинация методов (радио + ИК + рентген) часто необходима для полного физического понимания объектов: многие крупные открытия — результат синергии космических и наземных наблюдений.