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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(dǎo)讀】 亞利桑那大學(xué)天文學(xué)教授瑪莎·里克(Marcia Rieke)是韋伯望遠(yuǎn)鏡近紅外相機(jī)(NIRCam)的負(fù)責(zé)人(“主要研究者”,principal investigator),在韋伯望遠(yuǎn)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(jiàn)解。
觀察者網(wǎng):對(duì)于大多數(shù)受眾來(lái)說(shuō),韋伯望遠(yuǎn)鏡和哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的深空?qǐng)D像看起來(lái)很相似。作為天文學(xué)家,您可以從圖像中了解到什么?
瑪莎·里克:這些圖像看起來(lái)很相似,但實(shí)際上它們攜帶的信息非常不同。哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像,顯示的是物體在可見(jiàn)光波段的樣子,韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像展現(xiàn)的是紅外光。通過(guò)比較在這些不同波長(zhǎng)范圍內(nèi)的物體的亮度,我們可以了解到很多事情。對(duì)于遙遠(yuǎn)的星系,我們可以估計(jì)它們到底有多遠(yuǎn),而從韋伯所拍圖像的亮度,我們可以估計(jì)星系的質(zhì)量。
近紅外相機(jī)的探測(cè)器之一,圖片來(lái)源:亞利桑那大學(xué)/NASA
近紅外相機(jī)的四個(gè)探測(cè)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(cè)器的邊緣。圖片來(lái)源:亞利桑那大學(xué)/NASA
近紅外相機(jī)的光學(xué)路徑與對(duì)應(yīng)實(shí)物
觀察者網(wǎng):探測(cè)遙遠(yuǎn)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(duì)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(lái)是這樣的人,都會(huì)知道這個(gè)問(wèn)題的答案。人類對(duì)我們自己如何產(chǎn)生,對(duì)太陽(yáng)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(yuǎn)鏡集成了許多新技術(shù),有沒(méi)有哪個(gè)讓你印象最為深刻?
瑪莎·里克:我對(duì)任何單一的新技術(shù)都沒(méi)有多么深刻的印象,但韋伯團(tuán)隊(duì)能將所有這些技術(shù)結(jié)合在一起并使它們運(yùn)行良好,這樣的表現(xiàn)更讓我印象深刻。望遠(yuǎn)鏡和儀器工作得比預(yù)期要好,這表明各項(xiàng)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(wèn)題,近紅外相機(jī)是如何降溫的?如果不降溫,它在軌道上會(huì)達(dá)到多少溫度?
瑪莎·里克:近紅外相機(jī)通過(guò)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(méi)有散熱系統(tǒng),近紅外相機(jī)的溫度會(huì)與室溫相當(dāng)。
固定ISIM散熱器(FIR,F(xiàn)ixed ISIM Radiator,ISIM即“科學(xué)儀器整合模塊”,Integrated Science Instrument Module)安裝在主鏡背后,近紅外相機(jī)散熱器是FIR的一部分。圖為FIR的安裝過(guò)程,圖片下方即為倒扣的主鏡,圖片來(lái)源:Ball Aerospace
中紅外探測(cè)器(Mid-Infrared Instrument,MIRI)需要更低的工作溫度,因此由圖中的制冷設(shè)備支持,圖片來(lái)源:NASA/JPL-Caltech
觀察者網(wǎng):在開(kāi)始工作前,校準(zhǔn)至關(guān)重要,近紅外相機(jī)使用恒星HD84800作為參考點(diǎn),這樣做有什么好處嗎?
瑪莎·里克:我們使用恒星HD84800是因?yàn)樗诘倪@片區(qū)域方便韋伯望遠(yuǎn)鏡觀測(cè),而且它足夠明亮,靠觀察它就可以展現(xiàn)望遠(yuǎn)鏡校準(zhǔn)的細(xì)節(jié)。
校準(zhǔn)階段拍攝的圖像之一,刊載于7月18日的《自然·天文學(xué)》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(dān)心。圖片來(lái)源:NASA
校準(zhǔn)階段,18面鏡子對(duì)同一恒星的成像,圖片來(lái)源:NASA
觀察者網(wǎng):其他探測(cè)器也有獨(dú)特之處,比如近紅外光譜儀(NIRSpec),據(jù)報(bào)道它可以同時(shí)觀測(cè)100個(gè)物體,這是如何實(shí)現(xiàn)的?
瑪莎·里克:近紅外光譜儀確實(shí)很神奇。它的微快門狹縫對(duì)應(yīng)約0.2角秒寬的天空,實(shí)際的尺寸大約相當(dāng)于人的頭發(fā)的直徑,通過(guò)電磁控制。
每個(gè)微快門(microshutter)長(zhǎng)200微米,寬100微米,圖片來(lái)源:NASA
每個(gè)陣列上排列365乘以171個(gè)微快門,尺寸與郵票相當(dāng),共有四個(gè)陣列,近25萬(wàn)個(gè)微快門,圖片來(lái)源:NASA
通過(guò)磁力臂的移動(dòng)控制微快門開(kāi)合,圖片來(lái)源:jwst-docs.stsci.edu
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本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)。
- 責(zé)任編輯: 陳軒甫 
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