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詹姆斯韋伯太空望遠鏡終於準備好進行科學研究了——它看到的宇宙比它的工程師所希望的還要清晰。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡終於準備好進行科學研究了——它看到的宇宙比它的工程師所希望的還要清晰。

美國宇航局定於 2022 年 7 月 12 日發布詹姆斯韋伯太空望遠鏡拍攝的第一批圖像。這將標誌著天文學下一個時代的開始,因為韋伯——有史以來最大的太空望遠鏡——開始收集有助於幫助的科學數據回答有關宇宙最初時刻的問題,讓天文學家比以往任何時候都更詳細地研究系外行星。 但是,亞利桑那大學的天文學家、韋伯四台相機之一的負責人 Marcia Rieke 解釋說,為了確保這些最有價值的望遠鏡準備好迎接黃金時段,我們花了將近八個月的時間旅行、設置、測試和校準。她和她的同事正在努力讓這台望遠鏡啟動並運行。

1. 望遠鏡發射後發生了什麼?

在 2021 年 12 月 25 日詹姆斯韋伯太空望遠鏡成功發射後,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。 這將使韋伯的服役時間超過該任務最初的 10 年目標。

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。

一件精美的鍍金技術作品放在桌子上。
Webb 上的 NIRCam 是第一個上線並幫助對齊 18 個鏡夾的工具。
美國宇航局戈達德航天中心/維基共享資源

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。

韋伯的精確制導傳感器此時也在運行。 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 有多個插槽,可以同時查看 100 個項目。 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。 它將準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。

兩張圖片顯示了一個由星星和塵埃組成的錯綜複雜的網絡,但右邊的圖像要清晰得多。
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。
NASA/JPL-Caltech(左),NASA/ESA/CSA/STScI(右)/Flickr,抄送

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,它應該保持在負 449 華氏度 – 僅比絕對零高 11 華氏度。 如果它更高,探測器只會從設備本身吸收熱量,而不是太空中有趣的東西。 MIRI 有自己的冷卻系統,需要額外的時間才能完全投入運行,然後才能調試設備。

射電天文學家發現一些星系完全被塵埃所掩蓋,並且無法被像哈勃這樣的望遠鏡探測到,這些望遠鏡捕捉到的光波長與人眼可見的波長相似。極冷的溫度使得 MIRI 對中紅外光非常敏感更容易通過灰塵的範圍。 當與韋伯的大鏡子結合使用時,這種敏感性使 MIRI 能夠穿透這些塵埃雲,並首次揭示這些星系中的恆星和結構。

5. 韋伯的下一步是什麼?

截至 2022 年 6 月 15 日,所有韋伯儀器均已投入運行並拍攝了第一張圖像,此外,四種成像模式、三種時間序列模式和三種光譜模式已通過測試和批准,僅剩 3 種模式。

7 月 12 日,NASA 計劃發布一組預告片,展示 Webb 的能力,這將展示 Webb 圖像的美麗,並讓天文學家真正體驗他們將獲得的數據的質量。

7 月 12 日之後,詹姆斯韋伯太空望遠鏡將開始全職開展其科學任務。 來年的詳細時間表尚未公佈,但世界各地的天文學家都在熱切地等待有史以來最強大的太空望遠鏡的第一批數據。

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