Телескоп Джеймс Уэбб: заключительный этап ввода в эксплуатацию

Космический телескоп Джеймс Уэбб теперь испытывает все времена года — от жары до холода — поскольку он проходит испытание на термическую стабильность. Тем временем ведутся работы по заключительному этапу ввода в эксплуатацию: вникание в детали работы научных инструментов. Чтобы завершить ввод в эксплуатацию, специалисты подробно измерят производительность научных инструментов, прежде чем летом начнем научные операции.

Ведущий специалист по вводу в эксплуатацию Скотт Фридман из Научного института космического телескопа (STScI), рассказал все подробности об этом заключительном этапе.

«С правильно настроенным телескопом и близкой к криогенной температуре обсерватории мы готовы начать последнюю группу действий перед началом научных наблюдений: ввод в эксплуатацию научных инструментов. Здесь я описываю лишь некоторые из этих действий:

Инструменты, камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam), спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec), формирователь изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и безщелевой спектрометр (NIRISS), прибор среднего инфракрасного диапазона (MIRI) и датчик точного наведения (FGS) были включены и надежно охлаждены.

Мы управляли их механизмами и детекторами. Команда Webb optics использовала изображения изолированных звезд, сделанные с помощью каждого из инструментов, чтобы выровнять первичное и вторичное зеркала обсерватории.

Но нам предстоит проделать еще много работы, прежде чем Уэбб будет полностью готов приступить к амбициозным научным наблюдениям, которые раскроют тайны Вселенной.

Теперь мы приступим к обширному набору калибровок и характеристик инструментов с использованием самых разнообразных астрономических источников.

Мы измерим пропускную способность приборов — сколько света, попадающего в телескоп, достигает детекторов и регистрируется. Всегда есть некоторые потери при каждом отражении зеркалами телескопа и внутри каждого прибора, и ни один детектор не регистрирует каждый поступающий фотон.

Мы измерим эту пропускную способность на нескольких длинах волн света, наблюдая за стандартными звездами, излучение света которых известно из данных, полученных с помощью других обсерваторий, в сочетании с теоретическими расчетами.

Астрометрическая калибровка каждого инструмента сопоставляет пиксели детекторов с точными точками на небе, чтобы исправить небольшие, но неизбежные оптические искажения, которые присутствуют в каждой оптической системе.

Мы делаем это, наблюдая за астрометрическим полем Уэбба, небольшим участком неба в соседней галактике, Большом Магеллановом облаке. Это поле наблюдалось космическим телескопом «Хаббл» для определения координат около 200 000 звезд с точностью до 1 миллисекунды (менее 0,3 миллионных долей градуса). Калибровка этого искажения необходима для точного размещения научных целей в поле зрения приборов.

Например, чтобы получить спектры ста галактик одновременно с помощью NIRSpec, телескоп должен быть направлен так, чтобы каждая галактика находилась в соответствующем затворе, а затворов четверть миллиона!

Мы также измерим резкость звездных изображений, которую астрономы называют «функцией рассеяния точки». Мы уже знаем, что телескоп передает на приборы качество изображения, превосходящее наши предстартовые ожидания, но каждый инструмент имеет дополнительную оптику, которая выполняет определенную функцию, например пропускает свет через фильтры для получения цветовой информации об астрономической цели или использует дифракционную решетка для разделения входящего света на составляющие его цвета.

Измерение функции рассеяния точки в каждом приборе на разных длинах волн обеспечивает важную калибровку для интерпретации данных.

Мы протестируем обнаружение цели для каждого инструмента. Для некоторых наблюдений достаточно навести телескоп, используя положение путеводной звезды в датчике точного наведения, и знать местоположение научной цели относительно этой путеводной звезды. Это позволяет определить научную цель с точностью до нескольких десятых угловой секунды.

Однако в некоторых случаях требуется большая точность, примерно сотая доля угловой секунды. Например, для коронографии звезда должна быть помещена за маской, чтобы ее свет был заблокирован, позволяя просвечивать близлежащей экзопланете. В наблюдениях за временными рядами мы измеряем, как атмосфера экзопланеты поглощает звездный свет в течение часов, необходимых для прохождения перед ее звездой, что позволяет нам измерить свойства и составляющие атмосферы планеты. Оба этих приложения требуют, чтобы прибор посылал поправки в систему управления наведением телескопа, чтобы точно поместить научную цель в правильное место в поле зрения прибора.

Последним примером нашей деятельности по вводу в эксплуатацию инструментов являются наблюдения за движущимися целями. Большинство астрономических объектов находятся так далеко, что они кажутся неподвижными на небе. Однако это не относится к планетам, спутникам и кольцам, астероидам и кометам в нашей Солнечной системе.

Для их наблюдения требуется, чтобы обсерватория изменила направление наведения относительно фоновых опорных звезд во время наблюдения. Мы проверим эту возможность, наблюдая за астероидами с разной видимой скоростью с помощью каждого инструмента.

Сейчас мы находимся на последних двух месяцах ввода Уэбба в эксплуатацию, прежде чем он будет полностью готов к своей научной миссии. У нас все еще есть важные свойства и возможности инструментов для тестирования, измерения и демонстрации. Когда они будут завершены, мы будем готовы приступить к большим научным программам, которых с нетерпением ждали как астрономы, так и общественность. Мы почти на месте».