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準備好以新的方式看待宇宙

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L2 Flyby韋伯望遠鏡

詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 是 NASA 的下一個主要天文台; 它跟隨哈勃太空望遠鏡、康普頓伽馬射線天文台、錢德拉 X 射線天文台和斯皮策太空望遠鏡。 在它的兩個前身中,它像斯皮策一樣監測紅外輻射,像哈勃一樣高精度。 圖片來源:NASA、SkyWorks Digital、諾斯羅普·格魯曼公司、STScI

1. 望遠鏡發射後發生了什麼?

詹姆斯韋伯太空望遠鏡於 2021 年 12 月 25 日成功發射後,該團隊開始了將望遠鏡移至最終軌道位置的漫長過程,打開望遠鏡並在一切冷卻後校準船上的相機和傳感器。

發射像導彈一樣順利發射。 我的 NASA 同事首先註意到的一件事是,望遠鏡上剩餘的燃料比未來修改其軌道的預期要多。 這將使韋伯的運行時間超過該任務最初目標的 10 年。

韋伯在長達一個月的旅程中到達他在軌道上的最終位置的第一項任務是打開望遠鏡。 這一切順利進行,首先部署了有助於冷卻望遠鏡的太陽罩的白色鉸鏈,然後是鏡子的對準和傳感器的操作。

打開遮陽板後,我們的團隊開始監測機上四個攝像頭和光譜儀的溫度,等待它們達到足夠低的溫度,以便我們可以開始測試設備可以運行的 17 種不同模式中的每一種。

尼爾卡姆

此處顯示的 NIRCam 將測量來自遙遠且非常古老的星系的紅外光。 它是第一個上線的工具,幫助對齊鏡子的 18 個扇區。圖片來源:NASA/Chris Gunn

2. 你首先測試了什麼?

Webb 上的攝像頭正如工程師所預期的那樣冷卻,團隊打開的第一個儀器是近紅外攝像頭——或 NIRCam。 NIRCam 旨在研究來自宇宙中最古老的恆星或星系的微弱紅外光。 但在他能做到這一點之前,NIRCam 必須幫助對齊來自 Webb 鏡子的 18 個單獨的剪輯。

一旦 NIRCam 冷卻到 280 華氏度,它就足夠冷,可以開始檢測韋伯鏡夾反射的光並產生望遠鏡的第一張圖像。 當第一次掃描到達時,NIRCam 團隊欣喜若狂。 我們在做生意!

這些圖像顯示,鏡子的所有部分都指向了一個相對較小的天空區域,並且對齊比我們計劃的最壞情況要好得多。

韋伯的精密製導傳感器此時也發揮了作用。 該傳感器有助於使望遠鏡牢固地指向目標——就像消費數碼相機中的圖像穩定功能一樣。 使用星形 HD84800 作為參考點,我的 NIRCam 隊友幫助錶盤對齊鏡段,直到它們幾乎完美,遠遠好於成功任務所需的最低要求。

3. 在那之後有哪些傳感器活躍起來?

隨著 3 月 11 日鏡子校準結束,近紅外光譜儀 – NIRSpec – 以及近紅外成像儀和狹縫光譜儀 – NIRISS – 完成冷卻並加入聚會。

NIRSpec 旨在測量來自目標的不同波長的光的強度。 這些信息可以揭示遙遠恆星和星系的組成和溫度。 NIRSpec 通過讓其他光線進入的狹縫觀察目標物體來做到這一點。

NIRSpec 有多個光圈,可以同時查看 100 件物品。 團隊成員開始測試多個目標的位置,指示插槽打開和關閉,並確認插槽正確響應命令。 它將精確測量切口指向的未來步驟,並驗證可以同時觀察多個目標。

NIRISS 是一種無狹縫光譜儀,也可以將光分成不同的波長,但更擅長觀察場中的所有物體,而不僅僅是狹縫中的物體。 它有幾種模式,包括兩種專門用於研究離母星特別近的系外行星的模式。

到目前為止,設備檢查和校準工作順利進行,結果表明,NIRSpec 和 NIRISS 都將提供比工程師在發布前預期的更好的數據。

Webb MIRI vs Spitzer 對比圖

與以前的望遠鏡(如斯皮策太空望遠鏡)相比,MIRI 相機(右圖)可以讓天文學家難以置信地清晰地看到塵埃雲,後者產生了左圖。 圖片來源:NASA/JPL-Caltech(左)、NASA/ESA/CSA/STScI(右)

4. 你最後運行的工具是什麼?

在 Webb 上運行的最後一個工具是中紅外儀器或 MIRI。 MIRI 旨在捕捉遙遠或新形成的星係以及小行星等小而微弱的物體的圖像。 該傳感器檢測韋伯儀器的最長波長,應保持在負 449 華氏度 – 僅高於 11 華氏度[{” attribute=””>absolute zero. If it were any warmer, the detectors would pick up only the heat from the instrument itself, not the interesting objects out in space. MIRI has its own cooling system, which needed extra time to become fully operational before the instrument could be turned on.

Radio astronomers have found hints that there are galaxies completely hidden by dust and undetectable by telescopes like Hubble that captures wavelengths of light similar to those visible to the human eye. The extremely cold temperatures allow MIRI to be incredibly sensitive to light in the mid-infrared range which can pass through dust more easily. When this sensitivity is combined with Webb’s large mirror, it allows MIRI to penetrate these dust clouds and reveal the stars and structures in such galaxies for the first time.

5. What’s next for Webb?

As of June 15, 2022, all of Webb’s instruments are on and have taken their first images. Additionally, four imaging modes, three time series modes and three spectroscopic modes have been tested and certified, leaving just three to go.

On July 12, NASA plans to release a suite of teaser observations that illustrate Webb’s capabilities. These will show the beauty of Webb imagery and also give astronomers a real taste of the quality of data they will receive.

After July 12, the James Webb Space Telescope will start working full time on its science mission. The detailed schedule for the coming year hasn’t yet been released, but astronomers across the world are eagerly waiting to get the first data back from the most powerful space telescope ever built.

Written by Marcia Rieke, Regents Professor of Astronomy, University of Arizona.

This article was first published in The Conversation.The Conversation

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