NASA科學家介紹詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的冷熱變化

美國宇航局詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的光學對準工作完成後,韋伯團隊進入了科學儀器調試的最後階段。在這個最後階段,韋伯團隊和儀器科學家將測試四個科學儀器的所有模式和操作,以評估它們的性能、校準和整個觀測站的運作。

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當韋伯望遠鏡的鏡子慢慢冷卻到它們的最終工作溫度時,韋伯團隊正在為熱穩定性測試做準備。NASA戈達德太空飛行中心韋伯副天文台項目科學家 Erin Smith介紹了這個測試的冷熱情況。

“韋伯的五層遮陽板使望遠鏡和科學儀器保持涼爽,並使其免受太陽、地球和月球的影響。這種保護使韋伯能夠對紅外宇宙進行測量,這需要一個冷的望遠鏡和冷的儀器光學器件。然而,當韋伯指向天空周圍的不同目標時,太陽在遮陽板上的角度就會發生變化,這就改變了天文台的熱曲線。這些溫度的變化會引起觀測站的微小變化,並影響韋伯的光學質量、指向性、觀測背景和其他參數。”

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“熱穩定性演習將通過在韋伯視場的兩個極端之間移動來測量這些變化,從熱態到冷態,在冷態下停留多天,然後再迴轉到熱態。在這段時間裡,韋伯團隊將測量熱穩定性、指向性和光學波前漂移。除了測量天文台的性能外,該團隊還將檢查用於預測天文台行為的熱力模型。”

“在望遠鏡被遮擋住太陽的情況下,韋伯在任何時候都能觀察到天空中的一個環形區域或“甜甜圈”,稱為“視場”。在每年的過程中,這個環形物掃過整個天空。傾角是指朝向(負)或遠離(正)太陽的角度。韋伯點在-5和+45度的傾角之間。熱態是在0度,太陽正對着遮陽板照射。冷態是+45度,太陽光減少了一個餘弦係數(45度),約為0.7。”

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“為了開始熱穩定性測試,韋伯團隊將以約0度的俯仰角將韋伯指向熱態,並在其熱穩定時保持5天。該團隊將對指向的穩定性、光學波前誤差和儀器電子裝置引起的任何振蕩進行基線測量。一旦這個基線建立起來,團隊將把天文台迴轉到冷態,大約+40度的俯仰。在迴轉之後,研究小組將立即使用NIRCam的一套弱透鏡,持續24小時,以連續測量對波前的任何短時尺度的影響。在此之後,團隊將每12小時監測一次望遠鏡的穩定性,以測量望遠鏡本身的熱穩定性。”

“望遠鏡將在冷態下度過一個多星期,直到溫度穩定下來。然後韋伯將迴轉到熱態,團隊將使用FGS/NIRISS和NIRCam儀器獲取高頻率的指向性穩定數據。MIRI儀器也將在兩種姿態下進行觀測,以了解不斷變化的熱環境如何影響中紅外背景水平。在這個漫長的測試過程中,望遠鏡不會無所事事;一些儀器的調試活動與冷熱指向兼容。”

“當集合在一起時,來自熱穩定性測試的數據將使團隊更好地了解觀測站的熱性能。雖然這些變化預計非常小,但韋伯是如此敏感,以至於在我們優化望遠鏡的性能時,它們可能會產生差異。這種對韋伯開發者所使用的複雜熱力模型的現實世界的校準,將有助於為未來的觀測策略和建議提供信息。”

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