Ця анімація показує, як світло буде рухатися, коли він потрапляє на основне дзеркало космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), і відбивається до вторинного, а потім усередині кормової оптики, де знаходяться третинне та тонке дзеркала рульового управління. Потім світло відбивається, розділяється і спрямовується на наукові прилади за допомогою дзеркал. JWST — тридзеркальний анастигматний телескоп. Авторство зображення: NASA, ESA та Г. Бекон (STScI)
Цього тижня розпочався тримісячний процес вирівнювання телескопа – і за останній день члени команди Вебба побачили перші фотони зоряного світла, які пройшли через весь телескоп і були виявлені приладом ближньої інфрачервоної камери (NIRCam). Ця віха знаменує собою перший із багатьох кроків для отримання зображень, які спочатку не сфокусовані, і використання їх для повільного тонкого налаштування телескопа. Це самий початок процесу, але поки початкові результати відповідають очікуванням і моделюванням.
Команда інженерів і вчених з Ball Aerospace, Наукового інституту космічного телескопа та[{” attribute=””>NASA’s Goddard Space Flight Center will now use data taken with NIRCam to progressively align the telescope. The team developed and demonstrated the algorithms using a 1/6th scale model telescope testbed. They have simulated and rehearsed the process many times and are now ready to do this with Webb. The process will take place in seven phases over the next three months, culminating in a fully aligned telescope ready for instrument commissioning. The images taken by Webb during this period will not be “pretty” images like the new views of the universe Webb will unveil later this summer. They strictly serve the purpose of preparing the telescope for science.
To work together as a single mirror, the telescope’s 18 primary mirror segments need to match each other to a fraction of a wavelength of light – approximately 50 nanometers. To put this in perspective, if the Webb primary mirror were the size of the United States, each segment would be the size of Texas, and the team would need to line the height of those Texas-sized segments up with each other to an accuracy of about 1.5 inches.
Скотт Ектон і Чанда Уокер з Ball Aerospace, а також Лі Файнберг з NASA Goddard проходять основні кроки нижче:
«Оскільки розгортання дзеркальних сегментів завершено, а інструменти ввімкнені, команда розпочала численні кроки, необхідні для підготовки та калібрування телескопа для виконання своєї роботи. Процес введення в експлуатацію телескопа займе набагато більше часу, ніж попередні космічні телескопи, оскільки основне дзеркало Webb складається з 18 окремих дзеркальних сегментів, які повинні працювати разом як єдина високоточна оптична поверхня. Етапи процесу введення в експлуатацію включають:
- Ідентифікація зображення сегмента
- Вирівнювання сегментів
- Стекування зображень
- Груба фазування
- Тонка фазування
- Вирівнювання телескопа за полями огляду приладу
- Повторне вирівнювання для остаточної корекції
1. Ідентифікація зображення сегмента
Спочатку нам потрібно вирівняти телескоп відносно космічного корабля. Космічний корабель здатний робити надзвичайно точні вказівні рухи, використовуючи «зоряні трекери». Подумайте про зіркові трекери як про GPS для космічних кораблів. Спочатку положення космічного корабля від зоряних трекерів не збігається з положенням кожного з дзеркальних сегментів.
Ми спрямовуємо телескоп на яскраву ізольовану зірку (HD 84406), щоб отримати серію зображень, які потім з’єднуються, щоб утворити картину цієї частини неба. Але пам’ятайте, що у нас не одне дзеркало, яке дивиться на цю зірку; у нас є 18 дзеркал, кожне з яких спочатку нахилено до іншої частини неба. В результаті ми фактично зробимо 18 злегка зміщених копій зірки – кожна з яких не в фокусі та унікально спотворена. Ми називаємо ці початкові копії зірок «сегментними зображеннями». Насправді, залежно від початкового положення дзеркал, може знадобитися кілька ітерацій, щоб знайти всі 18 сегментів в одному зображенні.
Змодельований приклад можливого початкового розгортання, що показує 18 зображень сегментів. Авторство: NASA
Один за одним ми будемо переміщати 18 дзеркальних сегментів, щоб визначити, який сегмент створює яке зображення сегмента. Зіставивши дзеркальні сегменти з відповідними зображеннями, ми можемо нахилити дзеркала, щоб наблизити всі зображення до спільної точки для подальшого аналізу. Ми називаємо це розташування «масивом зображень».
2. Вирівнювання сегментів
Після того як у нас є масив зображень, ми можемо виконати вирівнювання сегментів, яке виправляє більшість великих помилок позиціонування дзеркальних сегментів.
Ми починаємо з розфокусування сегментних зображень, злегка переміщаючи вторинне дзеркало. Математичний аналіз, який називається фазовим пошуком, застосовується до розфокусованих зображень, щоб визначити точні помилки позиціонування сегментів. Після коригування сегментів виходить 18 добре виправлених «телескопів». Однак сегменти все ще не працюють разом як єдине дзеркало.
(Зліва) Перед: імітований початковий масив зображень. (Праворуч) Після: змодельований масив із 18 виправлених сегментів. Авторство: NASA
3. Стекування зображень
Щоб розмістити все світло в одному місці, кожне зображення сегментів має бути накладено один на інший. На етапі накладання зображень ми переміщуємо окремі сегментні зображення так, щоб вони потрапляли точно в центр поля, щоб створити єдине зображення. Цей процес готує телескоп до грубої фазування.
Укладання виконується послідовно в три групи (А-сегменти, В-сегменти та С-сегменти).
Моделювання стекання зображень. Перша панель: початкова мозаїка зображення. Друга панель: A-сегменти складені. Третя панель: A- та B-сегменти складені. Четверта панель: A-, B- та C-сегменти в стопку. Авторство: NASA
4. Груба фазування
Хоча набір зображень розміщує все світло на детекторі в одному місці, сегменти все ще діють як 18 маленьких телескопів, а не один великий. Сегменти потрібно вирівняти один з одним з точністю, меншою за довжину хвилі світла.
Проведене тричі під час процесу введення в експлуатацію, груба фазування вимірює та коригує вертикальне зміщення (різниця поршнів) сегментів дзеркала. Використовуючи технологію, відому як Dispersed Fringe Sensing, ми використовуємо NIRCam для захоплення світлових спектрів з 20 окремих пар дзеркальних сегментів. Спектр буде відрізнятися подібно до візерунка на жердині з нахилом (або кутом), що визначається поршнем двох сегментів у парі.
У цій симуляції візерунки «Перукарня» створюються датчиком розсіювання, що вказує на велику помилку поршня (зверху) або малу помилку поршня (внизу). Авторство: NASA
5. Тонка фазування
Тонка фазування також проводиться тричі, безпосередньо після кожного раунду грубої фазування, а потім регулярно протягом усього терміну служби Webb. Ці операції вимірюють та виправляють решту помилок вирівнювання, використовуючи той самий метод розфокусування, який застосовувався під час вирівнювання сегментів. Однак замість використання вторинного дзеркала ми використовуємо спеціальні оптичні елементи всередині наукового інструменту, який вносить різну кількість розфокусування для кожного зображення (-8, -4, +4 і +8 хвилі розфокусування).
Симуляція розфокусованих зображень, що використовуються у Fine Phasing. Зображення (зверху) показують розфокусування майже вирівняного телескопа. Аналіз (внизу) вказує на помилки, пов’язані з кожним сегментом телескопа. Сегменти з дуже яскравими або темними кольорами потребують більших виправлень. Авторство: NASA
6. Вирівнювання телескопа за полями огляду приладу
Після точного фазування телескоп буде добре вирівняний в одному місці в полі зору NIRCam. Тепер нам потрібно розширити вирівнювання на решту інструментів.
На цьому етапі процесу введення в експлуатацію ми проводимо вимірювання в кількох місцях або польових точках для кожного наукового інструменту, як показано нижче. Більше коливання інтенсивності вказує на більші помилки в цій точці поля. Алгоритм обчислює остаточні поправки, необхідні для досягнення правильного вирівнювання телескопа для всіх наукових інструментів.
Змодельований аналіз корекції поля зору. Авторство: NASA
7. Повторне вирівнювання для остаточної корекції
Після застосування корекції поля зору головне, що потрібно вирішити, — це усунути будь-які невеликі залишкові помилки позиціонування в основних сегментах дзеркала. Ми вимірюємо та вносимо корективи за допомогою процесу точної фази. Ми зробимо остаточну перевірку якості зображення для кожного наукового інструменту; як тільки це буде перевірено, процес зондування хвильового фронту та управління буде завершено.
Проходячи через сім кроків, ми можемо виявити, що нам також потрібно повторити попередні кроки. Процес гнучкий і модульний, що дозволяє виконувати ітерації. Приблизно через три місяці після вирівнювання телескопа ми будемо готові приступити до введення приладів в експлуатацію».
Автор: Скотт Ектон, провідний науковець Вебба, який займається зондуванням і контролем хвильового фронту, Ball Aerospace; Чанда Волкер, Вебб, науковець із зондування та контролю хвильового фронту, Ball Aerospace; і Лі Файнберг, менеджер елементів оптичного телескопа Вебба, Центр космічних польотів імені Годдарда НАСА.
“Професійний вирішувач проблем. Тонко чарівний любитель бекону. Геймер. Завзятий алкогольний ботанік. Музичний трейлер”
