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瑪莎·里克:二十年磨一劍,韋伯為什么花了這么久?
【導讀】 亞利桑那大學天文學教授瑪莎·里克(Marcia Rieke)是韋伯望遠鏡近紅外相機(NIRCam)的負責人(“主要研究者”,principal investigator),在韋伯望遠鏡的首批成果公布后,她與觀察者網(wǎng)科普作者岑少宇談了一些自己的見解。
觀察者網(wǎng):對于大多數(shù)受眾來說,韋伯望遠鏡和哈勃望遠鏡拍攝的深空圖像看起來很相似。作為天文學家,您可以從圖像中了解到什么?
瑪莎·里克:這些圖像看起來很相似,但實際上它們攜帶的信息非常不同。哈勃望遠鏡拍攝的圖像,顯示的是物體在可見光波段的樣子,韋伯望遠鏡拍攝的圖像展現(xiàn)的是紅外光。通過比較在這些不同波長范圍內(nèi)的物體的亮度,我們可以了解到很多事情。對于遙遠的星系,我們可以估計它們到底有多遠,而從韋伯所拍圖像的亮度,我們可以估計星系的質(zhì)量。
近紅外相機的探測器之一,圖片來源:亞利桑那大學/NASA
近紅外相機的四個探測器組裝在一起,外部的黑色擋板可以阻止光線射到任何能反光的表面,例如探測器的邊緣。圖片來源:亞利桑那大學/NASA
近紅外相機的光學路徑與對應實物
觀察者網(wǎng):探測遙遠星系與研究宇宙早期的情況密切相關(guān),為什么了解宇宙或恒星的起源對人類很重要?
瑪莎·里克:任何仰望天空,并思索為什么宇宙看起來是這樣的人,都會知道這個問題的答案。人類對我們自己如何產(chǎn)生,對太陽系和銀河系如何產(chǎn)生、并給我們提供這樣的環(huán)境,都充滿好奇。
觀察者網(wǎng):韋伯望遠鏡集成了許多新技術(shù),有沒有哪個讓你印象最為深刻?
瑪莎·里克:我對任何單一的新技術(shù)都沒有多么深刻的印象,但韋伯團隊能將所有這些技術(shù)結(jié)合在一起并使它們運行良好,這樣的表現(xiàn)更讓我印象深刻。望遠鏡和儀器工作得比預期要好,這表明各項新事物正在出色地協(xié)同工作。
觀察者網(wǎng):要能夠協(xié)同工作,首先可能需要解決溫度問題,近紅外相機是如何降溫的?如果不降溫,它在軌道上會達到多少溫度?
瑪莎·里克:近紅外相機通過散熱器把熱量散到宇宙空間里,可以維持在約-233攝氏度。如果沒有散熱系統(tǒng),近紅外相機的溫度會與室溫相當。
固定ISIM散熱器(FIR,F(xiàn)ixed ISIM Radiator,ISIM即“科學儀器整合模塊”,Integrated Science Instrument Module)安裝在主鏡背后,近紅外相機散熱器是FIR的一部分。圖為FIR的安裝過程,圖片下方即為倒扣的主鏡,圖片來源:Ball Aerospace
中紅外探測器(Mid-Infrared Instrument,MIRI)需要更低的工作溫度,因此由圖中的制冷設備支持,圖片來源:NASA/JPL-Caltech
觀察者網(wǎng):在開始工作前,校準至關(guān)重要,近紅外相機使用恒星HD84800作為參考點,這樣做有什么好處嗎?
瑪莎·里克:我們使用恒星HD84800是因為它所在的這片區(qū)域方便韋伯望遠鏡觀測,而且它足夠明亮,靠觀察它就可以展現(xiàn)望遠鏡校準的細節(jié)。
校準階段拍攝的圖像之一,刊載于7月18日的《自然·天文學》上。盡管形狀奇怪,但工程師知道此類情況下如何調(diào)整,因此并不擔心。圖片來源:NASA
校準階段,18面鏡子對同一恒星的成像,圖片來源:NASA
觀察者網(wǎng):其他探測器也有獨特之處,比如近紅外光譜儀(NIRSpec),據(jù)報道它可以同時觀測100個物體,這是如何實現(xiàn)的?
瑪莎·里克:近紅外光譜儀確實很神奇。它的微快門狹縫對應約0.2角秒寬的天空,實際的尺寸大約相當于人的頭發(fā)的直徑,通過電磁控制。
每個微快門(microshutter)長200微米,寬100微米,圖片來源:NASA
每個陣列上排列365乘以171個微快門,尺寸與郵票相當,共有四個陣列,近25萬個微快門,圖片來源:NASA
通過磁力臂的移動控制微快門開合,圖片來源:jwst-docs.stsci.edu
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本文僅代表作者個人觀點。
- 責任編輯: 陳軒甫 
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