詹姆斯·韦伯太空望远镜准备以新的方式观察宇宙
NASA计划于 2022 年 7 月 12 日发布詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的第一张照片。随着韦伯——有史以来最大的太空望远镜——开始收集有助于帮助的科学数据，它们将标志着天文学下一个时代的开始回答有关宇宙最早时刻的问题，让天文学家比以往任何时候都更详细地研究系外行星。但它花了近八个月的时间旅行、设置、测试和校准，以确保这个最有价值的望远镜准备好迎接黄金时段。Marcia Rieke 是亚利桑那大学的天文学家，也是负责韦伯太空望远镜的四台相机之一的科学家，她解释了她和她的同事们为使这台望远镜启动和运行所做的工作。
1. 望远镜发射后发生了什么？
詹姆斯·韦伯太空望远镜于 2021 年 12 月 25 日成功发射后，该团队开始了将望远镜移至最终轨道位置的漫长过程，展开望远镜，并在一切冷却后校准机载相机和传感器。
发射过程与火箭发射一样顺利。Rieke和其同事注意到的第一件事是，望远镜上的剩余燃料比预计的要多，以便在未来对其轨道进行调整。这将使韦伯望远镜的运行时间比任务最初的 10 年目标要长得多。
在韦伯前往其最终轨道位置的长达一个月的旅程中，第一项任务是展开望远镜。这一切顺利进行，从帮助冷却望远镜的遮阳板的白关节展开开始，然后是镜子的对齐和传感器的开启。
遮阳板打开后，Rieke的团队开始监测机上四台摄像机和光谱仪的温度，等待它们达到足够低的温度，以便他们可以开始测试仪器可以运行的 17 种不同模式中的每一种。
2. 团队首先测试了什么？
正如工程师预测的那样，韦伯太空望远镜上的相机冷却了，团队打开的第一台仪器是近红外相机 - 或 NIRCam。NIRCam 旨在研究宇宙中最古老的恒星或星系产生的微弱红外光。但在它能够做到这一点之前，NIRCam 必须帮助对齐韦伯镜子的 18 个单独部分。
一旦 NIRCam 冷却到零下280华氏度，它就足够冷，可以开始检测从韦伯镜段反射的光，并产生望远镜的第一张图像。当第一张光线图像到达时，NIRCam 团队欣喜若狂。
这些图像显示，镜面段都指向相对较小的天空区域，并且对齐比团队计划的最坏情况要好得多。
韦伯的精细制导传感器也在此时投入使用。该传感器有助于使望远镜稳定地指向目标——就像消费数码相机中的图像稳定功能一样。使用星形 HD84800 作为参考点，Rieke在 NIRCam 团队的同事帮助调整了镜子段的对齐，直到它几乎完美，远远好于成功任务所需的最低要求。
3. 接下来有哪些传感器出现了？
随着 3 月 11 日镜子校准结束，近红外光谱仪 - NIRSpec - 以及近红外成像仪和无狭缝光谱仪 - NIRISS - 完成冷却并加入聚会。
NIRSpec 旨在测量来自目标的不同波长的光的强度。这些信息可以揭示遥远恒星和星系的组成和温度。NIRSpec 通过一个狭缝观察其目标天体来做到这一点，该狭缝将其他光线拒之门外。
NIRSpec 有多个狭缝，可以同时观察 100 个天体。团队成员首先测试了多目标模式，命令狭缝打开和关闭，他们确认狭缝对命令的响应正确。未来的步骤将准确测量狭缝指向的位置，并检查是否可以同时观察到多个目标。
NIRISS 是一种无狭缝光谱仪，它也可以将光分解成不同的波长，但它更擅长观察场中的所有天体，而不仅仅是狭缝上的天体。它有几种模式，其中两种是专门为研究特别靠近其母星的系外行星而设计的。
到目前为止，仪器检查和校准工作进展顺利，结果表明，NIRSpec 和 NIRISS 都将提供比工程师在发射前预测的更好的数据。
4. 最后打开的仪器是什么？
在 韦伯上启动的最后一个仪器是中红外仪器，或 MIRI。MIRI 旨在拍摄遥远或新形成的星系以及微弱的小天体（如小行星）的照片。该传感器检测韦伯仪器的最长波长，并且必须保持在零下449华氏度 - 仅比绝对零高 11 华氏度。如果温度再高一点，探测器只会吸收仪器本身的热量，而不是太空中有趣的天体。MIRI 有自己的冷却系统，需要额外的时间才能完全运行仪器才能打开仪器。
射电天文学家已经发现了一些迹象，表明有些星系完全被尘埃隐藏，并且无法被像哈勃这样的望远镜探测到，这些望远镜捕捉到的光波长与人眼可见的波长相似。极冷的温度使 MIRI 对中红外范围内的光非常敏感，可以更容易地穿过灰尘。当这种敏感性与韦伯的大镜子相结合时，它允许 MIRI穿透这些尘埃云，并首次揭示这些星系中的恒星和结构。
5. 韦伯的下一步是什么？
截至 2022 年 6 月 15 日，韦伯的所有仪器都已启动并拍摄了第一张照片。此外，四种成像模式、三种时间序列模式和三种光谱模式已经过测试和认证，只剩下三种模式。
7 月 12 日，美国宇航局计划发布一套预告观察结果，说明韦伯的能力。这些将展示韦伯图像的美丽，也让天文学家真正体验到他们将收到的数据质量。
7 月 12 日之后，詹姆斯韦伯太空望远镜将开始全职工作以完成其科学任务。明年的详细时间表尚未公布，但世界各地的天文学家都在热切地等待从有史以来最强大的太空望远镜中获取第一批数据。
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