O que o Telescópio Espacial James Webb está fazendo agora, que se tornará os novos olhos da humanidade? O Telescópio Espacial James Webb, que começará suas primeiras observações em maio ou junho deste ano, foi lançado há mais de três meses. Em comemoração ao Mês da Ciência, resumimos o progresso feito desde o lançamento do Telescópio Espacial James Webb até o presente e traçamos planos futuros.
O trabalho do espelho JWST e o alinhamento fino começam
A partir de 1º de fevereiro de 2022, o JWST, que finalmente terminou todo o desenvolvimento, abriu suas asas e começou a exibir sua ótima aparência (Atalhos para artigos relacionadosApenas o espelho do telescópio e os trabalhos de alinhamento fino previstos para cerca de 3 meses, e o processo de resfriamento dos telescópios e instrumentos permaneceram.
A Ball Aerospace e uma equipe de engenheiros e cientistas do Goddard Space Flight Center da NASA agora usarão dados do NIRCam para alinhar gradualmente o telescópio. A equipe desenvolveu e demonstrou o algoritmo usando um modelo de telescópio, que é um sexto do tamanho do modelo real, e completou com sucesso vários testes antes do lançamento do JWST. O processo de alinhamento acima é um processo de preparação para o processo de teste, portanto, quando o processo de alinhamento estiver concluído, o telescópio JWST iniciará o primeiro processo de teste.
O espelho principal do JWST consiste em 18 segmentos de espelho individuais (clipes) para sua referência. Se o diâmetro principal é do tamanho dos Estados Unidos continentais, então cada uma das dezoito partes é do tamanho do Texas. Como eles devem trabalhar juntos como uma única superfície óptica de alta resolução, a fase de configuração do test drive do JWST leva muito mais tempo do que os telescópios espaciais anteriores.
Cada parte e localização do espelho principalⓒ JWST / NASA
Para que um espelho principal de 18 segmentos de espelho primário funcione como um único espelho, todos os segmentos devem corresponder a um comprimento de onda fixo de luz (cerca de 50 nm). As etapas para preparar o alinhamento e executar o teste podem ser divididas em um total de 7 etapas: seleção da imagem do clipe, alinhamento do clipe, empilhamento de imagens, gradação aproximada e fases exatas. , alinhe o telescópio sobre os campos de visão do dispositivo e repita o alinhamento para a correção final.
Os sete passos não estão necessariamente todos em ordem. Ele segue um algoritmo padrão projetado para ser flexível e repetível.Após cerca de três meses de alinhamento do telescópio, o JWST está finalmente pronto para o processo de teste do equipamento.
A primeira etapa do processo de espelhamento JWST e alinhamento fino – seleção de imagem de clipe
Primeiro, é necessário alinhar o telescópio com base na espaçonave JWST. A espaçonave JWST pode realizar movimentos de orientação muito precisos usando “rastreadores de estrelas” chamados de espaçonaves GPS, mas a localização da espaçonave determinada pelo primeiro rastreador de estrelas pode não corresponder exatamente à de cada um dos 18 segmentos do espelho. Isso ocorre porque cada espelho inicialmente se inclina em direção a uma parte diferente quando a implantação pós-lançamento é concluída.
Em 2 de fevereiro, a equipe do JWST anunciou que havia iniciado o reconhecimento de imagens tomográficas, o primeiro passo no alinhamento de espelhos, usando um dispositivo NIRCam (Near Infrared Camera). A razão para usar o NIRCam no estágio inicial de alinhamento é que o dispositivo de crise pode operar com segurança em uma temperatura mais alta do que outros dispositivos e possui um amplo campo de visão. Quando a câmera NIRCam, ainda em resfriamento, atinge 120K (-153°C), a equipe de óptica move com precisão as 18 seções principais do espelho, prontas para formar uma única superfície espelhada. Portanto, o primeiro dispositivo de detecção de fótons entre todos os dispositivos no JWST é o NIRCam.
Processo de identificação parcial de imagem JWST/NASA
A equipe do JWST primeiro mirou HD 84406, uma estrela brilhante e isolada na constelação da Ursa Maior, e começou a identificar a luz da mesma estrela em cada um dos 18 segmentos do espelho primário para garantir que ela estivesse pronta para coletar luz através do NIRCam. Usando o primeiro instrumento de câmera de infravermelho próximo (NIRCam) de detecção de luz estelar, a equipe do JWST obteve um mosaico de imagens de 18 pontos de luz estelar gerados aleatoriamente que alinham e focam o telescópio. Para referência, os resultados preliminares acima foram quase de acordo com os resultados da simulação. Portanto, a partir da seleção da imagem do clipe, é realizado um processamento gradual até que as dezoito imagens acima se tornem uma.
Identificação de imagem de TC concluída ⓒ JWST / NASA
Espelho JWST e alinhamento fino Etapa 2 – Alinhar a seção
Após a conclusão do processo de seleção da imagem do segmento, o alinhamento do segmento deve ser realizado para corrigir erros de posicionamento para que todas as imagens possam se referir a um local comum por meio de análises adicionais. O processo acima começa movendo ligeiramente o espelho extra para desfocar a imagem dividida. Uma análise matemática chamada recuperação de fase é usada nas imagens desfocadas para determinar o erro exato da posição do segmento. Pode-se dizer que a etapa acima é uma etapa essencial na instalação da luz para que todos os espelhos funcionem harmoniosamente.
Alinhamento de imagem de TC concluído ⓒ JWST/NASA
De acordo com o Dr. René Doyon e Dr. Nathalie Ollet da Universidade de Montreal, em 13 de fevereiro, eles realizaram com sucesso o primeiro trabalho microscópico usando o sensor de micro-orientação (FGS). Para referência, o fino acabamento é tão preciso que uma pessoa na cidade de Nova York pode perceber o movimento dos olhos de uma pessoa piscando na fronteira canadense, a 500 quilômetros de distância.
Alinhamento de imagem de TC concluído ⓒ JWST/NASA
Depois que os erros de posição do clipe são corrigidos, 18 “telescópios” bem corrigidos são criados, porém os clipes não funcionam juntos como um único espelho.
A terceira etapa do processo de espelhamento JWST e alinhamento fino – empilhamento de imagens
Para trazer toda a luz em um só lugar, cada imagem segmentada deve ser sobreposta uma à outra. Na etapa de empilhamento de imagens, as imagens de TC individuais são movidas para que fiquem precisamente no centro do campo para criar uma imagem única e uniforme.
Resultados da simulação de empilhamento de imagensⓒ JWST/NASA
A operação acima é realizada por três grupos (segmento A, segmento B, segmento C) divididos de acordo com a distância. Ou seja, depois de ativar um grupo de seis espelhos de cada vez, eles funcionam até que todos os pontos da luz das estrelas se sobreponham.
3 grupos de seções divididos pela distância do centroⓒ JWST / NASA
Em 25 de fevereiro, a equipe do JWST anunciou que havia realizado com sucesso até o terceiro estágio de um total de 7 estágios de alinhamento de espelhos e anunciou que havia entrado no quarto estágio, o estágio de ajuste de estágio grosseiro.
Processo de empilhamento de imagens ⓒ JWST / NASA
Pilha de fotos completa ⓒ JWST / NASA
O resfriamento do JWST também está progredindo de forma constante.
Em fevereiro de 2022, o JWST iniciou o longo processo de alinhamento dos espelhos do telescópio, mas o processo de resfriamento do telescópio JWST também continua.
O resfriamento do JWST está progredindo de forma constante com o NIRCam primeiro. ^ JWST/NASA
Uma viseira solar superdimensionada protege telescópios, câmeras e instrumentos científicos da luz solar direta e da luz solar refletida da Terra e da Lua. O lado frio do pára-sol é resfriado passivamente e começa a irradiar calor para o espaço sideral. Miliwatts de energia que passam pela viseira solar e o calor da eletrônica do dispositivo equilibram com precisão a perda de calor. O processo de resfriamento passivo acima começou depois que o visor solar foi totalmente implantado e continuará até que o telescópio e três instrumentos de infravermelho próximo (NIR) atinjam temperaturas estáveis.
Espera-se que o espelho principal esfrie abaixo de 50K (-223°C) e o instrumento NIR atinja cerca de 40K (-233°C). Cada parte do espelho principal tem uma temperatura diferente. A partir de 9 de fevereiro, as partes próximas ao pára-sol estão ficando um pouco mais quentes. Em geral, espera-se que todas as partes do espelho resfriem mais 10 K, e a temperatura final deverá ser cerca de 15-20 K. Por outro lado, o espelho auxiliar (pequeno espelho) suspenso na extremidade da estrutura de suporte já está resfriado a frio (~30 K).
Temperaturas de componentes principais, secundários (PMSA) e componentes secundários (SMA) em 9 de fevereiro | © JWST/NASA
Por outro lado, o MIRI requer mais resfriamento. Além do resfriamento passivo, o MIRI é resfriado a temperaturas abaixo de 7K por resfriadores de gás hélio criogênico de ciclo fechado. Ao contrário de algumas missões criogênicas anteriores, onde foram resfriados vaporizando hélio líquido e liberando-o no espaço, os resfriadores MIRI reciclam hélio enquanto o refrigerante continua a reciclar seu próprio refrigerante. A partir de 10 de fevereiro, os instrumentos científicos, excluindo os telescópios, têm uma temperatura de cerca de 75 K (-198 ° C) e vários processos de resfriamento adicionais começaram a atingir sua temperatura operacional final.
O resfriamento é necessário para atingir os objetivos do JWST, que foram estabelecidos de forma constante ao longo de muitos anos de missões de infravermelho. A observação infravermelha começou no século 19, mas as missões de observação que fizeram uma grande marca na observação infravermelha são IRAS (Infrared Astronomy Satellite) e ISO (Infrared Space Observatory). Nas observações acima, o maior problema foi o quanto o telescópio havia esfriado. Normalmente, o hélio líquido pode ser usado para manter o interior fresco, mas há uma desvantagem de que o tamanho do telescópio não pode ser aumentado até certo ponto para isso. Portanto, o JWST optou por reciclar hélio liberando continuamente calor no espaço, uma tecnologia usada pela primeira vez pelo Telescópio Espacial Infravermelho Spitzer da NASA e pelo Telescópio Herschel da Agência Espacial Européia.
* Observe que todos os horários são baseados no Horário Padrão do Leste.
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