Come il telescopio spaziale James Webb ha superato tutte le aspettative

Il 25 dicembre 2021, il James Webb Space Telescope è stato lanciato nello spazio.

Il 25 dicembre 2021, il telescopio spaziale James Webb ha lanciato con successo in orbita il razzo Ariane 5. La tecnologia missilistica è stato l’unico modo in cui abbiamo mai spinto con successo un veicolo spaziale a una distanza considerevole nello spazio.

(Credit: ESA-CNES-ArianeSpace / Optique Video du CSG / NASA TV)

Il progetto prevedeva sei mesi di installazione, congelamento e calibrazione.

La sequenza di posizionamento dello specchio secondario è mostrata in figura per il passare del tempo. Dovrebbe essere posizionato con precisione a soli 24 piedi dallo specchietto anteriore o poco più di 7 piedi. Questo è stato uno dei centinaia di passaggi che è stato necessario eseguire come pianificato per portare in linea il JWST completamente funzionante senza fallo.

(Credito: NASA / James Webb Space Telescope Team)

Quindi inizierà l’attività scientifica, che fornirà un’aspettativa di vita da 5 a 10 anni.

Telescopio spaziale James Webb

Quando tutte le ottiche sono a posto, il telescopio è completamente calibrato, James Webb deve essere in grado di vedere con una precisione senza precedenti qualsiasi oggetto oltre l’orbita terrestre nello spazio, focalizzando la sua luce attraverso i suoi specchi primari e secondari sugli strumenti in cui i dati possono essere trasmesso. preso, ridotto ուղ rimandato sulla Terra.

(Credito: NASA / James Webb Space Telescope Team)

Tuttavia, il 28 aprile 2022 è stato completato l’allineamento di ciascuno strumento, con un periodo previsto di 20 anni.

Questa immagine mostra le 18 singole sezioni che compongono lo specchio principale di James Webb, tre gruppi indipendenti di specchi etichettati con le lettere A, B և C և 1-6, che corrispondono alla posizione attuale di ciascuno specchio. telescopio montato.

(Credito: NASA / James Webb Space Telescope Team)

Sia il telescopio che il team si sono comportati in modo sbalorditivo, generalmente superando le aspettative.

Questa immagine multifunzionale mostra i dettagli restituiti da ogni strumento JWST nella stessa direzione/vista. Per la prima volta, tutti gli strumenti del campo visivo sono adeguatamente e completamente standardizzati, portando JWST un passo più vicino all’essere pronto per iniziare la ricerca.

(Credito: NASA / STScI)

Primo. avviamento di carburante puro in servizio progettato per correggere il flusso.

Quando la massa è stata dispiegata 29 minuti dopo il lancio, quattro minuti prima del previsto, è diventato chiaro che il telescopio spaziale James Webb della NASA era in funzione, riceveva energia e si stava dirigendo verso la sua destinazione finale. Il lancio è stato un successo clamoroso.

(Credito: NASA TV / YouTube)

JWST ha raggiunto la sua destinazione, L2 Lagrange, prima del previsto.

Ogni pianeta in orbita attorno a una stella ha cinque posti intorno: punti di Lagrange, quell’orbita comune. Un oggetto posizionato precisamente in L1, L2, L3, L4 o L5 continuerà a orbitare attorno al Sole esattamente per lo stesso periodo della Terra, il che significa che la distanza Terra-veicolo spaziale sarà costante. L1, L2 և L3 sono punti di equilibrio instabili che richiedono correzioni periodiche per mantenere la posizione del veicolo spaziale lì, mentre L4 և L5 sono stabili. Il web è entrato con successo nell’orbita di L2; deve essere sempre lontano dal sole per il raffreddamento.

(Credito: NASA)

Ogni componente è stato posizionato correttamente e refrigerato come previsto.

Lo stato attuale di JWST indica quanto è lontano in ogni fase della sua implementazione, inclusa la calibrazione dei vari componenti և la temperatura di ogni strumento. Il lavoro scientifico è quasi pronto per iniziare.

(Credito: NASA / JWST Team / STScI)

Il processo di allineamento/messa in servizio in 7 fasi è iniziato all’inizio di febbraio.

James Webb Hubble

Parte dell’Hubble eXtreme Deep Field, che è stato fotografato per un totale di 23 giorni, in contrasto con il modello previsto da JWST nell’infrarosso. Scegliendo saggiamente i suoi obiettivi, il James Webb Space Telescope dovrebbe essere in grado di scoprire dettagli insoliti sugli oggetti più distanti dell’Universo che nessun altro osservatorio potrebbe rilevare. Una volta completata la calibrazione, questo tipo di lavoro scientifico può iniziare.

(Credit: NASA / ESA և Hubble / HUDF Team; JADES Collaboration for NIRCam Modeling)

In primo luogo, sono state identificate le immagini prodotte da ciascuna sezione dello specchio.

James Web Spike

Il mosaico di questa immagine è stato creato puntando il telescopio verso una stella luminosa e isolata nella costellazione dell’Orsa Maggiore conosciuta come HD 84406. Questa stella è stata scelta appositamente perché è facilmente riconoscibile, non è affollata da altre stelle di luminosità simile, il che aiuta a ridurre lo sfondo. confusione. Ogni punto del mosaico è etichettato con il corrispondente segmento di specchio primario che lo cattura. Questi risultati preliminari sono strettamente allineati con le aspettative: simulazioni.

(Credito: NASA)

In secondo luogo, le immagini sono state allineate e poi la terza è stata ammucchiata.

Questa animazione a tre pannelli mostra la differenza tra 18 singole immagini disuguali, le stesse immagini meglio organizzate dopo ogni sezione, e quindi l’immagine finale, in cui le singole immagini di tutti i 18 specchi sono state raggruppate insieme. Il modello creato da questa stella, noto come “fiocco di neve da incubo”, può essere migliorato attraverso una migliore calibrazione.

(Crediti: NASA / STScI, compilato da E. Siegel)

In quarto luogo, la sintesi della fase approssimativa ha sintetizzato 18 piccoli telescopi in un unico grande telescopio.

Dopo che le immagini sono state raccolte, in cui tutta la luce è posizionata in un punto sul rivelatore, le sezioni devono essere ancora allineate tra loro in misura minore rispetto alla lunghezza d’onda della luce. Misure di fasatura grossolana: corregge lo spostamento verticale delle sezioni dello specchio (cioè la differenza tra i cilindri). Gli errori dei piccoli cilindri creano meno “oneri per l’acconciatura” in questa simulazione della NASA.

(Credito: NASA)

In quinto luogo, è avvenuta la messa a punto di NIRCam, creando la prima immagine completamente focalizzata.

James Webb Spike

La prima immagine di fase sottile mai rilasciata dal telescopio spaziale James Webb della NASA mostra una singola immagine di una stella con ben sei raggi di diffrazione prominenti (և due meno prominenti) seguiti da stelle di sfondo և galassie. Per quanto straordinaria sia questa immagine, è probabile che sia la peggiore immagine del telescopio spaziale James Webb che tu abbia mai visto.

(Credito: NASA / STScI)

L’esclusivo set di punte di JWST deriva dal design ottico del telescopio.

La funzione di propagazione del telescopio spaziale James Webb, come previsto nel 2007. I quattro elementi di uno specchio primario esagonale (non circolare) sono costituiti da 18 esagoni piastrellati, ciascuno con aperture di ~ 4 mm և tre pilastri per tenere in posizione lo specchio secondario, tutti lavorando per creare l’inevitabile serie. punti che appaiono intorno alle sorgenti di punti luminosi mostrate in JWST.

(Credit: RB Makidon, S. Casertano, C. Cox & R. van der Marel, STScI / NASA / AURA)

Sesto, la copertura dell’allineamento è stata distribuita sull’intero campo visivo del toolkit JWST:.

Dopo la messa a punto, il telescopio viene messo a punto su un solo punto di vista della NIRCam. Effettuando misurazioni in più punti di campo su ogni strumento, le fluttuazioni di intensità possono essere ridotte fino a quando non sono ottimali, raggiungendo tutti gli strumenti scientifici del telescopio ben disposti.

(Credito: NASA)

Settimo, le ultime correzioni ripetute hanno completato l’allineamento.

Le immagini ingegneristiche di stelle ben focalizzate nel campo visivo di ogni strumento mostrano che il telescopio è completamente allineato a fuoco. Per questo esperimento, Webb ha indicato una parte della Grande Nube di Magellano, una minuscola galassia della Via Lattea che ha fornito un campo denso di centinaia di migliaia di stelle su tutti i sensori dell’osservatorio.

(Credito: NASA / STScI)

Ora NIRCam,

Fin dall’inizio, quando sono state create le prime immagini dell’impressionante stella luminosa JWST “8 marciapiedi”, è stato un segno che la telecamera del cavallo da lavoro sulla navicella NIRCam è stata standardizzata a un certo punto. Questa calibrazione viene ora eseguita nel campo visivo JWST, nell’intero campo NIRCam e in tutti gli altri strumenti.

(Credito: NASA / STScI)

sensore di direzione fine

Il sensore di guida fine del JWST seguirà le stelle guida per guidare l’osservatorio in modo accurato, acquisirà immagini di calibrazione, non immagini utilizzate per estrarre dati scientifici.

(Credito: NASA / STScI)

NIRIS,

Il Near InfraRed Imager և Slitless Spectrograph, parte dello stesso strumento del sensore a guida fine, è progettato per eccellere nel rilevamento, nella caratterizzazione e nella spettroscopia di transito di esopianeti. Se ci sono suggerimenti biologici sugli esopianeti, lo strumento NIRISS dovrebbe trovarli.

(Credito: NASA / STScI)

NIRSPEC,

Il NIRSpec è più uno spettrografo che un dispositivo di imaging, ma può acquisire immagini, come l’immagine da 1,1 μm mostrata qui, per il dimensionamento o il targeting. Le occhiaie visibili nei dati NIRSpec sono dovute alla struttura della sua matrice di micropiastre, che ha diverse centinaia di migliaia di otturatori controllabili che possono essere aperti o chiusi per selezionare quale luce viene inviata allo spettrografo.

(Credito: NASA / STScI)

և Gli strumenti MIRI sono tutti uguali.

Sebbene il James Webb Space Telescope MIRI (strumento a infrarossi medi) ottenga la più bassa ammissibilità grazie alle sue onde lunghe sensibili, è anche lo strumento più potente sotto molti aspetti in grado di rilevare le caratteristiche più lontane dell’Universo. .

(Credito: NASA / STScI)

Non resta che il funzionamento dello strumento և i test finali.

Questo è un mosaico simulato JWST / NIRCam creato utilizzando JAGUAR և NIRCam Image Simulator alla profondità prevista di Guitarra, JADES Deep. È molto probabile che nel primo anno della sua carriera scientifica, James Webb romperà molti dei record che Hubble ha stabilito durante i suoi 32 anni di vita (և in corso), compresi i record della galassia più lontana և la stella più lontana.

(Credito: C. Williams et al., ApJ, 2018)

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