想知道 JWST 测试图像中的 6 条光线吗? 这就是它们发生的原因

太空望远镜科学研究所 (STSI) 在马里兰州巴尔的摩,美国宇航局的工程师们正忙着调整镜子和仪器 詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST)。 与此同时,任务团队让我们再次了解了这个天文台——可敬的继任者 哈勃太空望远镜 – 将在它完全运行后看到。 最新的预告片是一张看起来很遥远的恒星的“望远镜校准评估图像” 红色和尖刺

这一里程碑代表了第五阶段准备工作的完成,称为“精细相位调整”,任务控制器调整了韦伯的每个主镜段,以仅使用近红外相机 (NIRCam) 生成统一的图像。 这张图片聚焦在 JWST 校准中心的一颗明亮的恒星上。 这颗星被称为 2MASS J17554042+6551277 距离地球约2,000光年。

韦伯的光学元件和 NIRCam(以及优化视觉对比度的红色滤光片)的灵敏度意味着背景中的星系和恒星也是可见的。 但是,虽然背景恒星和星系距离我们数十亿年(而且有点扭曲),但前景恒星的外观却是尖峰的。 这些被称为 衍射尖峰 (或“蜘蛛”),指由望远镜的次镜或光圈产生的人工制品。

校准评估星的图像,称为 2MASS J17554042+6551277。 图片来源:NASA/STScI

根据 克里斯托弗·S·贝尔德博士,物理学助理教授 西德克萨斯农工大学

“某些望远镜有一个大型主镜,可将入射光束聚焦到副镜或位于主镜上方的传感器上。 次镜将光线转移出望远镜,以便可以看到或进一步处理。 或者,或者,安装在主镜上方的传感器将图像转换为电信号,然后传送到计算机。”

Baird 写道,衍射尖峰的关键在于辅助镜(或传感器)通过支撑杆(又名支柱或叶片)固定在主镜上方,这些支撑杆会阻挡入射光。 当星光进入望远镜并朝向主镜时,其中一些掠过支撑杆并略微偏转。 这种衍射最终改变了最终图像中的光,形成了一个符合支撑杆位置的“蜘蛛”(不是原始图像)。

“对于恒星和其他亮点光源,这种变化的光模式采用径向尖峰的形式,”贝尔德补充道。 “当望远镜次镜的支撑杆以漂亮、对称的十字图案构建时,恒星图像中的衍射尖峰就会呈现出相同的十字图案。”

看一看 JWST 的次镜就会发现它不符合交叉或六面“蜘蛛”衍射。 然而,衍射也可能由望远镜孔径的边缘引起,入射光也必须通过该孔径。 由于大多数望远镜和照相机的光圈都是圆形的,它们通常会产生衍射环,而不是通常非常微弱的尖峰——被称为“艾里图案”。

韦伯的主镜拦截穿过太空的红光和红外光,并将其反射到较小的副镜上。 致谢:图片:STScI,Andi James (STScI)

正如 Baird 所解释的,衍射尖峰也可能是由六边形孔径引起的,这与 James Webb 的镜段一致:

“如果孔不是圆形而是具有其他形状,那么环和尖刺都可能仅由孔产生。 这种多边形孔径也会引起衍射尖峰。 因此,在基于镜头的相机拍摄的图像中看到的衍射尖峰不是由支撑杆引起的,而是由非圆形光圈引起的。 相比之下,望远镜通常有圆形光圈,因此会产生由支撑杆引起的衍射尖峰的图像。”

这在分段主镜中很常见,在地面天文台中很常见。 例子包括 凯克望远镜, 这 大望远镜加那利群岛 (GTC), 爱好-埃伯利望远镜 (HET), 南部非洲大望远镜 (盐)和 大天区多目标光纤光谱望远镜 (LAMOST) 在中国。 凭借其 6.5 米(21 英尺 4 英寸)的主镜(由 18 个六边形铍镜段组成),韦伯是第一个使用这种设计的太空望远镜。

尽管距离韦伯开始科学操作并提供新的宇宙观还有几个月的时间,但这张图片代表了一个重要的里程碑。 它标志着第 5 阶段的完成,以及韦伯的主成像器及其光学系统的功能与预期一样。 正如韦伯的副光学望远镜元件经理 Ritva Keski-Kuha 在最近的 NASA 新闻稿,它增强了任务团队对望远镜的信心。

“我们已经将望远镜完全对准并聚焦在一颗恒星上,其性能超过了规格,”她说。 “我们对这对科学意味着什么感到兴奋。 我们现在知道我们已经建造了正确的望远镜。” 在接下来的六周内,该团队将继续完成剩余的校准步骤,然后再进行最终的科学仪器准备工作。


该团队目前处于准备的第六阶段,他们将在多个现场点进行测量,并将校准扩展到其他仪器—— 近红外光谱仪 (近红外光谱), 中红外仪器 (美里),和 近红外成像仪和无狭缝光谱仪 (尼里斯)。 在此阶段,算法将评估每个仪器的性能,然后计算在所有科学仪器上实现良好对准的望远镜所需的最终校正。

此后,Webb 的最后对齐步骤将开始,团队将调整镜段中任何小的残留定位误差。 Thomas Zurbuchen 说,该组织的副管理员 美国宇航局科学任务理事会 (SMD) 在华盛顿特区:

“20 多年前,韦伯团队着手建造有史以来最强大的望远镜,并提出了大胆的光学设计来满足苛刻的科学目标。 今天,我们可以说设计将会实现。”

该团队正在按计划完成所有方面的工作 光学望远镜元件 (OTE)在 5 月初进行校准,然后进入最后两个月的科学仪器准备工作(第 7 阶段)。 准备工作预计将在今年夏天结束,届时将发布韦伯的第一个全分辨率图像和科学数据。 所以准备好更多像这样的令人惊叹的图像!

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延伸阅读: 美国国家航空航天局, 西德克萨斯农工大学