詹姆斯·韦伯太空望远镜团队中的一位天文学家解释了 “第一台光机”

詹姆斯·韦伯太空望远镜计划于2021年12月18日进入太空。天文学家希望通过它找到宇宙中最早形成的星系,将在其他行星周围寻找类似地球的大气层,并完成许多其他科学目标。Marcia Rieke是一名天文学家,也是韦伯望远镜上的近红外相机(简称NIRCam)的主要调查员。Rieke参与了相机和整个望远镜的开发和测试工作。

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为了看到宇宙深处,望远镜有一个非常大的镜子,必须保持极度低温。但是把这样一个脆弱的设备运到太空中并不是简单的任务。Rieke和同事们必须克服许多挑战,以设计、测试并很快发射和校准有史以来最强大的太空望远镜。

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年轻的星系和系外行星的大气层

韦伯望远镜有一个直径超过20英尺的镜子,一个网球场大小的遮阳板来阻挡太阳辐射,还有四个独立的相机和传感器系统来收集数据。

它的工作原理有点像一个卫星天线。来自恒星或星系的光线将进入望远镜口,从主镜上反弹到四个传感器上。NIRCam,拍摄近红外图像;近红外光谱仪,可以将来自选定来源的光线分成不同的颜色,并测量每种颜色的强度;中红外仪器,拍摄图像并测量中红外的波长;以及近红外成像无缝隙光谱仪,将科学家指向卫星的任何物体的光线分割并测量。

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这种设计将使科学家能够研究银河系中的恒星是如何形成的,以及太阳系以外的行星的大气层;甚至有可能弄清这些大气层的组成。

自从爱德文·哈勃证明遥远的星系与银河系一样后,天文学家们就问:最古老的星系有多老?它们最初是如何形成的?它们又是如何随时间变化的?韦伯望远镜最初被称为“第一台光机”,因为它的设计正是为了回答这些问题。

该望远镜的主要目标之一是研究靠近可观测宇宙边缘的遥远星系。来自这些星系的光线需要数十亿年的时间才能穿过宇宙到达地球。Rieke估计和其同事将用NIRCam收集的图像可以显示出大爆炸后仅3亿年形成的原生星系–当时它们的年龄只有现在的2%。

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寻找大爆炸后形成的第一批恒星的聚集地是一项艰巨的任务,原因很简单。这些原生星系非常遥远,所以看起来非常暗淡。

韦伯的镜子由18个独立的部分组成,能够收集到的光线是哈勃太空望远镜镜子的6倍以上。遥远的天体看起来也非常小,所以望远镜必须能够将光线尽可能地聚焦。望远镜还必须应付另一个复杂的问题。由于宇宙正在膨胀,科学家们将用韦伯望远镜研究的星系正在远离地球,而多普勒效应也开始发挥作用。就像救护车经过并开始远离你时,其鸣笛的音调会下移并变得更低,来自遥远星系的光的波长也会从可见光下移到红外光。

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韦伯探测的是红外线–它本质上是一个巨大的热望远镜。为了在红外光中”看到”微弱的星系,望远镜需要特别冷,否则它看到的将是自己的红外辐射。这就是隔热罩的用处。隔热罩是由涂有铝的薄塑料制成的。它有五层厚,尺寸为46.5英尺(17.2米)×69.5英尺(21.2米),将使镜子和传感器保持在零下234摄氏度。

韦伯望远镜是一个令人难以置信的工程壮举,但如何将这样的东西安全地运到太空并保证它能正常工作?

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测试和演练

詹姆斯·韦伯太空望远镜将在距离地球100万英里的轨道上运行–大约是国际空间站的4500倍,远得无法由宇航员提供服务。

在过去的12年里,该团队测试了望远镜和仪器,摇晃它们以模拟火箭发射,并再次测试。一切都经过冷却,并在轨道的极端工作条件下进行测试。

测试之后是演练。该望远镜将由通过无线电链路发送的指令进行远程控制。但是,由于望远镜将是如此遥远–一个信号需要6秒钟才能传到一个方向–所以没有实时控制。因此,在过去的三年里,Rieke的团队一直去巴尔的摩的太空望远镜科学研究所,在一个模拟器上进行演练任务,涵盖了从发射到日常科学操作的一切。团队甚至还练习了处理潜在的问题,这些问题是测试组织者扔给他们的,被称之为”异常”。

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需要进行一些调整

韦伯团队将继续测试和排练,直到12月的发射日期,但在韦伯被折叠并装入火箭后,团队的工作远未完成。

团队需要在发射后等待35天,让部件冷却后再开始对准。在镜子展开后,NIRCam将抓拍各个镜段的高分辨率图像序列。望远镜团队将分析这些图像,并告诉马达以亿分之一米为单位调整镜段。一旦马达将镜子移到位置上,他们将确认望远镜的对准是完美的。这项任务非常关键,所以将有两个相同的NIRCam–如果其中一个出现故障,另一个可以接管对准工作。

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这个对准和检查过程应该需要六个月的时间。完成后,韦伯将开始收集数据。经过20年的工作,天文学家们即将有一个能够窥视宇宙中最遥远的地方的望远镜。

由 Alexandra Alexander 投递,如有侵权请联系,页面网址:https://www.maamx.com/872.html

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