站长之家 - 业界 2022-05-10 08:00

科学家检查韦伯太空望远镜的核心:调试的最后阶段

美国宇航局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜现在正经历着从热到冷的所有“季节”,因为它正在进行热稳定性测试。同时,调试的最后阶段的活动正在进行中:深入研究科学仪器的细节,这是韦伯望远镜的核心。为了完成调试,韦伯团队将在夏季开始常规科学操作之前测量科学仪器的详细性能。

周一,韦伯项目的首席调试科学家,太空望远镜科学研究所(STSCI)的Scott Friedman介绍了调试的这一最后阶段的所有细节。

“随着望远镜漂亮地对准,天文台接近其最后的低温温度,我们准备开始科学观测开始前的最后一组活动:科学仪器的调试。在这里我只描述了其中的一些活动。”

“近红外相机(NIRCam)、近红外光谱仪(NIRSpec)、近红外成像仪和近红外无缝隙光谱仪(NIRISS)、中红外仪器(MIRI)和精细制导传感器(FGS)等仪器已经通电并安全冷却了。我们已经操作了它们的机制和探测器,包括滤波轮、光栅轮和NIRSpec的微型快门组件。韦伯光学团队利用每台仪器拍摄的孤立恒星的图像来对准观测站的主镜和副镜。但是,在韦伯完全准备好开始雄心勃勃的科学观测之前,我们还有更多的工作要做,这将揭示宇宙的秘密。”

“我们现在将开始使用丰富的天文资源对仪器进行广泛的成套校准和特征分析。我们将测量仪器的吞吐量--进入望远镜的光有多少到达探测器并被记录。每次被望远镜的镜子和每个仪器的反射总会有一些损失,而且没有一个探测器会记录每一个到达的光子。我们将通过观察标准恒星来测量多个波长的光的吞吐量,这些恒星的光发射是通过其他天文台获得的数据和理论计算得出的。”

“每个仪器的天体测量校准将探测器上的像素映射到天空中的精确位置,以纠正每个光学系统中存在的微小但不可避免的光学失真。我们通过观察韦伯天体测量场来做到这一点,这是附近星系大麦哲伦云中的一小片天空。哈勃太空望远镜对这一领域进行了观测,确定了大约20万颗恒星的坐标,精确度为1毫弧度。为了将科学目标精确地放在仪器的视场上,需要校准这种失真。例如,为了使用NIRSpec微型快门组件同时获得一百个星系的光谱,必须将望远镜对准,使每个星系都在适当的快门中,而这里有25万个快门!”

“我们还将测量恒星图像的清晰度,即天文学家所说的‘点扩散函数’。我们已经知道望远镜提供给仪器的图像质量超过了我们发射前的预期,但是每个仪器都有额外的光学器件。这些光学器件执行一种功能,例如将光线通过滤光片以获得关于天文目标的颜色信息,或者使用衍射光栅将进入的光线分散成其组成的颜色。在不同的波长下测量每个仪器内的点扩散功能,为解释数据提供了一个重要的校准。”

“我们将测试每个仪器的目标获取。对于某些观测来说,使用精细制导传感器中的引导星的位置来指向望远镜,并知道科学目标相对于该引导星的位置就足够了。这样就可以将科学目标定位在十分之几角秒的精度上。然而,在某些情况下,更多的精度是必要的,大约是百分之一角秒。例如,对于冠状图来说,恒星必须被放置在一个面具后面,这样它的光线就会被阻挡,使附近的系外行星能够照亮。在时间序列观测中,我们测量系外行星的大气层在经过其恒星前的几个小时内是如何吸收恒星光的,从而使我们能够测量行星大气层的属性和成分。这两种应用都需要仪器向望远镜的指向控制系统发送校正,以便将科学目标精确地放在仪器视场内的正确位置。”

“我们仪器调试活动的最后一个例子是对移动目标的观测。大多数天体距离很远,以至于它们在天空中看起来是静止的。然而,我们太阳系内的行星、卫星和星环、小行星和彗星却不是这样的。观测这些东西需要天文台在观测过程中改变其相对于背景引导星的指向性。我们将通过使用每种仪器观测不同视速的小行星来测试这种能力。”

“在韦伯完全准备好执行其科学任务之前,我们现在正处于韦伯调试的最后两个月。我们仍然有仪器的重要特性和能力需要测试、测量和展示。当这些都完成后,我们将准备好开始天文学家和公众都热切期待的伟大科学计划。我们就快接近了。”

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