НАСА заявляет, что «оптические характеристики нового космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST)… продолжают оставаться лучше, чем… самые оптимистичные прогнозы» после завершения юстировки его рекордного зеркала.
25 декабря 2021 года ракета Arianespace Ariane 5 с отставанием от графика на 7–14 лет и превышением бюджета в 2–10 раз отправила телескоп Webb в дальний космос. почти в два раза тяжелее при старте, чем легендарный космический телескоп НАСА «Хаббл», несмотря на то, что он оснащен беспрецедентным зеркалом, похожим на оригами, с общей площадью сбора более чем в шесть раз больше, чем у Хаббла. Сочетание экстремального уменьшения массы и чрезвычайной сложности, необходимых для запуска такого большого зеркала так далеко от Земли с помощью ракеты, подобной Ariane 5, помогает частично объяснить, почему телескоп Уэбба занял так много времени (~ 18 лет) и стоил так дорого (~ 9,7 миллиарда долларов). ) проектировать, разрабатывать и строить.
Космический телескоп НАСА имени Джеймса Уэбба начинает оживать в глубоком космосе.
Тем не менее, запустить его наконец-то удалось. Ariane 5 выполнил большую часть работы, направив телескоп по траектории, которая — с некоторой помощью его бортовых двигателей — привела бы его к точке Лагранжа L2 Солнце-Земля, расположенной примерно в 1,5 миллионах километров (~ 950 000 миль) от Земли. Возможно, самым большим облегчением в истории космических обсерваторий стало то, что чрезвычайно сложный процесс развертывания телескопа Уэбба был завершен без единой серьезной проблемы. Через 30 дней после старта телескоп в полностью развернутом состоянии вышел на рабочую орбиту.
Для сравнения, за последние четыре месяца почти вся работа JWST была сосредоточена на менее заметных и гораздо более мелких процессах настройки и калибровки. Каждый из 18 сегментов главного зеркала JWST медленно, но верно микрометр за микрометром устанавливался в нужное положение, в то время как большие участки телескопа медленно охлаждались до температуры окружающей среды, что необходимо для максимальной производительности. В то же время все основные инструменты Webb получили первый свет и вступили в ранние этапы калибровки и ввода в эксплуатацию. Только после того, как инструменты будут тщательно откалиброваны, зеркало идеально выровнено, а ключевое оборудование охлаждено до температуры до -449 ° F (-267 ° C), Уэбб сможет начать наблюдать Вселенную и совершить революцию в больших областях космической науки.
Внутренний взгляд на плоды выравнивания. (НАСА)
Первый и самый важный шаг – выравнивание зеркала – завершен. Процесс выравнивания начался в феврале 2022 года, через шесть недель после старта. Во-первых, изображения были сняты с помощью неотрегулированного зеркала, чтобы точно определить, в каком состоянии оно находится. Один за другим каждый из 18 сегментов зеркала Уэбба перемещался по отдельности, чтобы определить, за какое изображение отвечает каждое зеркало, что затем позволяло наземным диспетчерам правильно сфокусироваться. вид каждого зеркала на целевую звезду. В процессе, известном как «грубая фазировка», после того, как эти 18 световых точек были хорошо разрешены и связаны с определенным сегментом зеркала, сегменты постепенно накладывались друг на друга для создания единого изображения.
«Грубый» сильно недооценивает почти непостижимую точность, необходимую для выполнения шага. Чтобы полностью реализовать свой потенциал, каждый из сегментов зеркала телескопа Уэбба должен быть выровнен с точностью до 50 нанометров друг от друга. Согласно НАСА, «если бы главное зеркало Уэбба было размером с Соединенные Штаты, каждый сегмент был бы размером с Техас, и команде нужно было бы выровнять высоту этих сегментов размером с Техас друг с другом с точностью до около 1,5 дюйма».
Продукт грубой фазировки — красивый, но пока не полезный с научной точки зрения. (НАСА)
Затем последовала тонкая фаза, включающая еще более эзотерический набор процессов, предназначенных для максимально точного фокусирования зеркала. Затем полученное изображение было изменено, чтобы правильно совместить его с полем зрения каждого из четырех основных научных инструментов телескопа Уэбба. Наконец, некоторые этапы семиступенчатого процесса выравнивания были переделаны или усовершенствованы, чтобы полностью оптимизировать зеркало по вкусу его земных создателей и потенциальных пользователей.
В конечном счете, юстировка телескопа Уэбба оказалась необычайно успешной: изображение стало более четким и чистым, чем даже «самые оптимистичные прогнозы», сделанные его инженерами. НАСА говорит, что изображение настолько детализировано, что фактически достигло предела физического разрешения для зеркала размером с телескоп Уэбба, а это означает, что для разрешения каких-либо дополнительных деталей ему придется нарушить известные законы физики.
Спасибо тебе @gbrammer за указание на то, что обзор Spitzer SAGE сделал снимки этого региона с помощью IRAC! Я полностью пропустил это. Узнайте об эволюции инфракрасных космических телескопов! pic.twitter.com/BjrbAgk4ND
— Андрас Гаспар ??? (@AndrasGaspar) 29 апреля 2022 г.
Первые изображения JWST с полностью выровненным зеркалом. (НАСА)
Когда юстировка зеркал завершена, JWST остается только одно главное препятствие, прежде чем можно будет начать научную работу: ввод прибора в эксплуатацию. Ввод в эксплуатацию — это универсальная фраза, которая охватывает широкий спектр калибровки, анализа, экспериментов и оптимизации, необходимых для проверки того, что четыре основных прибора JWST ведут себя должным образом и выполняют работу, для которой они были разработаны, максимально точно и надежно.
В какой-то момент использование необычайно сложных научных инструментов становится более похожей на форму искусства, и между учеными и их обнадеживающими инструментами ремесла должна быть установлена определенная степень доверия, прежде чем они смогут уверенно воткнуть долото в мрамор и начать вникать в суть дела. Вселенной с беспрецедентной широтой и детализацией. Если ввод в эксплуатацию пройдет так же гладко, как развертывание и настройка, команда JWST может быть готова зафиксировать и поделиться первыми практическими наблюдениями космоса с помощью телескопа уже в июле 2022 года.
Зеркало телескопа Уэбба НАСА разбивает «самые оптимистичные прогнозы» после окончательной настройки
