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美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜的新激光聚焦视线解释

2019-08-25

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜的新激光聚焦视线解释

JWST
美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜坐落在美国宇航局位于休斯顿的约翰逊航天中心的A室,等待巨大的大门关闭。 照片:美国宇航局

美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜(JWST)计划于2018年10月发射,但现在计划于2019年3月至6月间从法属圭亚那发射,并对其余的整合和测试活动进行时间表评估。

该望远镜由美国宇航局设计为其旗舰太空观察镜头。 它将专注于距离我们大约135亿光年的恒星和星系。 但是具有这种远距离聚焦点的望远镜的问题在于需要调整其视线以聚焦于不同的物体。 就像你的眼睛一样,望远镜上的镜头需要在发射后进行调整,以获得清晰的目标图像。

为了解决这个焦点问题,美国宇航局将在它到达地球的第二个拉格朗日点(L2)时寻求校正其孔径和焦距。 这一点距离地球一百万英里。 美国国家航空航天局于10月26日发布的 ,“当望远镜到达L2时,它将使用近红外摄像机(NIRCam)仪器在发射后约40天帮助对准其主镜段,一旦它们从未对准的角度展开存放位置并冷却至其工作温度。“

韦伯望远镜具有主镜段,其聚焦来自远处物体的光以获得清晰的垂直图像。 Webb的主镜段的定位将不会完美地在目标上进行训练。 镜子的角度需要非常精确,以便聚焦在距离数十亿光年的物体上,并且只是一个针尖光源。

美国国家航空航天局在一个称为波前传感和控制的过程的帮助下对此进行了反击,该过程将镜子对准小到几十纳米的度数。 主镜可以移动到人类头发直径的1 / 10,000倍的程度。 这种纳米级变化将帮助工程师精确对准镜子序列,以便聚焦在一个远处的物体上。 根据该报告,“在此过程中,波前传感器(在这种情况下为NIRCam)测量镜子对准中的任何缺陷,防止它们像单个6.5米镜子那样起作用。” 这里使用眼科医生在执行波前引导的激光视力矫正手术时采取的相同步骤。 外科医生绘制角膜中的不一致性,并将该图输入激光器中,该激光器根据给定的测量结果重新成形并重新形成角膜表面。 眼科医生使用的这个程序通过一些调整无缝地集成到镜像系统中。

NIRCam将用于拍摄太空物体的测试图像,以确定他们需要多少调整望远镜的18个主镜段。 根据该报告,波前传感和控制过程分为两部分 - 粗相位和精细相位。

在粗略定相期间,工程师使用测试图像来查找图像聚焦中的任何大偏移。 “NIRCam有一个特殊的滤光轮,可以选择或过滤在粗略定相过程中使用的特定光学元件。当韦伯观察到明亮的恒星时,滤光轮中的棱镜会将星星的白光散射到探测器.Grisms,也称为光栅棱镜,用于分离不同波长的光。对于观察者来说,这些不同的波长在探测器上显示为平行线段,“报告说。

根据美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的韦伯望远镜的望远镜元件经理Lee Feinberg所说:“每个部分的光线都会干扰相邻的部分,如果这些部分没有比光的波长更好,这种干涉就像理发杆模式一样。对理发杆模式的分析告诉我们如何移动镜子。“

在精细定相期间,望远镜将再次聚焦在空间中的明亮物体上。 然后,他们将使用NIRCam拍摄该星的18个离焦图像 - 每个镜像段中有一个。 分别针对每个镜子计算焦点的总偏差。 图像通过计算机算法“以确定主镜像从这些单个图像中的整体形状,并确定它们必须如何移动镜子以对齐它们。这些算法先前在1/6比例模型上进行了测试和验证。韦伯的光学系统和真正的望远镜在休斯敦美国宇航局约翰逊航天中心A室的低温无气环境中经历了这一过程。工程师将经历多个精细阶段会议,直到18个独立的离焦图像成为单个,清晰的形象,“报告说。

整个对准过程预计需要几个月,一旦Webb开始进行观察,其镜子将需要每隔几天检查一次以确保它们仍然对齐 - 正如接受激光视力矫正手术的人将定期进行眼科医生就诊一样确保他们的愿景不会降低。


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责任编辑:申屠濯