Ekip Webb Uzay Teleskobu’nu Hizalamaya Başladı

Bu animasyon, ışığın birincil noktaya çarptığında izleyeceği yolu gösterir.[{” attribute=””>James Webb Space Telescope (JWST) mirror, and is reflected to the secondary, and then in through the aft optics assembly where the tertiary and fine steering mirrors are. The light is then reflected and split and directed to the science instruments by pick-off mirrors. JWST is a three-mirror anastigmat telescope. Credit: NASA, ESA, and G. Bacon (STScI)

This week, the three-month process of aligning the telescope began – and over the last day, Webb team members saw the first photons of starlight that traveled through the entire telescope and were detected by the Near Infrared Camera (NIRCam) instrument. This milestone marks the first of many steps to capture images that are at first unfocused and use them to slowly fine-tune the telescope. This is the very beginning of the process, but so far the initial results match expectations and simulations.

A team of engineers and scientists from Ball Aerospace, Space Telescope Science Institute, and NASA’s Goddard Space Flight Center will now use data taken with NIRCam to progressively align the telescope. The team developed and demonstrated the algorithms using a 1/6th scale model telescope testbed. They have simulated and rehearsed the process many times and are now ready to do this with Webb. The process will take place in seven phases over the next three months, culminating in a fully aligned telescope ready for instrument commissioning. The images taken by Webb during this period will not be “pretty” images like the new views of the universe Webb will unveil later this summer. They strictly serve the purpose of preparing the telescope for science.

To work together as a single mirror, the telescope’s 18 primary mirror segments need to match each other to a fraction of a wavelength of light – approximately 50 nanometers. To put this in perspective, if the Webb primary mirror were the size of the United States, each segment would be the size of Texas, and the team would need to line the height of those Texas-sized segments up with each other to an accuracy of about 1.5 inches.

Ball Aerospace’den Scott Acton ve Chanda Walker, NASA Goddard’dan Lee Feinberg ile birlikte aşağıdaki temel adımlardan geçiyor:

“Ayna bölümlerinin yerleştirilmesi şimdi tamamlandı ve enstrümanlar açıldı, ekip teleskopu işini yapacak şekilde hazırlamak ve kalibre etmek için gereken sayısız adıma başladı. Webb’in birincil aynası, tek bir yüksek hassasiyetli optik yüzey olarak birlikte çalışması gereken 18 ayrı ayna parçasından oluştuğu için teleskop devreye alma süreci, önceki uzay teleskoplarından çok daha uzun sürecektir. Devreye alma sürecindeki adımlar şunları içerir:

1. Segment Görüntü Tanımlama
2. Segment Hizalama
3. Görüntü İstifleme
4. kaba fazlama
5. Hassas Aşama
6. Alet Görüş Alanları Üzerindeki Teleskop Hizalaması
7. Son Düzeltme için Hizalamayı Yinele

1. Segment Görüntü Tanımlama

İlk olarak, teleskopu uzay aracına göre hizalamamız gerekiyor. Uzay aracı, “yıldız izleyiciler” kullanarak son derece hassas işaretleme hareketleri yapabilir. Yıldız izleyicileri uzay aracı için bir GPS olarak düşünün. İlk başta, uzay aracının yıldız izleyicilerden gelen konumu, ayna bölümlerinin her birinin konumuyla eşleşmez.

Bir dizi görüntü yakalamak için teleskopu parlak, izole bir yıldıza (HD 84406) doğrultuyoruz ve bunlar daha sonra gökyüzünün o bölümünün bir resmini oluşturmak üzere bir araya getiriliyor. Ama unutmayın, bu yıldıza bakan tek bir aynamız yok; Her biri başlangıçta gökyüzünün farklı bir bölümüne doğru eğilmiş 18 aynamız var. Sonuç olarak, aslında yıldızın hafifçe kaydırılmış 18 kopyasını yakalayacağız – her biri odak dışı ve benzersiz şekilde bozuk. Bu ilk yıldız kopyalara “segment görüntüleri” adını veriyoruz. Aslında, aynaların başlangıç ​​konumlarına bağlı olarak, 18 parçanın tümünü tek bir görüntüde konumlandırmak birden fazla yineleme gerektirebilir.

Hangi parçanın hangi parça görüntüsünü oluşturduğunu belirlemek için 18 ayna parçasını tek tek hareket ettireceğiz. Ayna parçalarını ilgili görüntülerle eşleştirdikten sonra, daha fazla analiz için tüm görüntüleri ortak bir noktaya getirmek için aynaları eğebiliriz. Bu düzenlemeye “görüntü dizisi” diyoruz.

2. Segment Hizalama

Görüntü dizisine sahip olduktan sonra, ayna bölümlerinin büyük konumlandırma hatalarının çoğunu düzelten Segment Alignment işlemini gerçekleştirebiliriz.

İkincil aynayı hafifçe hareket ettirerek segment görüntülerini odaktan çıkararak başlıyoruz. Faz Alma adı verilen matematiksel analiz, segmentlerin kesin konumlandırma hatalarını belirlemek için odaktan çıkarılmış görüntülere uygulanır. Segmentlerin ayarlanması daha sonra 18 iyi düzeltilmiş “teleskop” ile sonuçlanır. Ancak, segmentler hala tek bir ayna olarak birlikte çalışmıyor.

(Sol) Önce: Simüle edilmiş ilk görüntü dizisi. (Sağ) Sonra: Simüle edilmiş 18 düzeltilmiş segment dizisi. Kredi bilgileri: NASA

3. Görüntü İstifleme

Tüm ışığı tek bir yere yerleştirmek için, her parçalı görüntünün üst üste istiflenmesi gerekir. Görüntü İstifleme adımında, tek bir birleşik görüntü üretmek için tam olarak alanın merkezine düşecek şekilde tek tek parça görüntülerini hareket ettiririz. Bu süreç, teleskopu Kaba Aşamaya hazırlar.

İstifleme, sırayla üç grupta (A-segmentleri, B-segmentleri ve C-segmentleri) gerçekleştirilir.

Görüntü istifleme simülasyonu. İlk panel: İlk görüntü mozaiği. İkinci panel: A segmentleri yığılmış. Üçüncü panel: A- ve B-segmentleri yığılmış. Dördüncü panel: A-, B- ve C-segmentleri yığılmış. Kredi bilgileri: NASA

4. Kaba Fazlama

Görüntü İstifleme, tüm ışığı dedektör üzerinde tek bir yere koysa da, segmentler hala büyük bir teleskop yerine 18 küçük teleskop gibi hareket ediyor. Segmentlerin, ışığın dalga boyundan daha küçük bir doğrulukla birbirleriyle sıralanması gerekir.

Devreye alma işlemi sırasında üç kez gerçekleştirilen Kaba Aşama, ayna segmentlerinin dikey yer değiştirmesini (piston farkı) ölçer ve düzeltir. Dağıtılmış Saçak Algılama olarak bilinen bir teknolojiyi kullanarak, 20 ayrı ayna parçası çiftinden ışık spektrumlarını yakalamak için NIRCam kullanıyoruz. Spektrum, eşleşmedeki iki segmentin piston farkı tarafından belirlenen bir eğime (veya açıya) sahip bir berber direği modeline benzeyecektir.

Bu simülasyonda, “Berber direği” desenleri, büyük bir piston hatası (üstte) veya küçük bir piston hatası (altta) gösteren Dağılma Saçak Sensörü tarafından oluşturulur. Kredi bilgileri: NASA

5. İnce Aşamalandırma

Hassas Aşama ayrıca, her bir Kaba Aşamadan hemen sonra ve ardından Webb’in ömrü boyunca rutin olarak olmak üzere üç kez gerçekleştirilir. Bu işlemler, Segment Hizalama sırasında uygulanan aynı odaktan çıkarma yöntemini kullanarak kalan hizalama hatalarını ölçer ve düzeltir. Bununla birlikte, ikincil aynayı kullanmak yerine, bilim aracının içinde her görüntü için değişen miktarlarda bulanıklaştırma (-8, -4, +4 ve +8 bulanıklaştırma dalgaları) sağlayan özel optik elemanlar kullanıyoruz.

Hassas Aşamada kullanılan odaklanmamış görüntülerin simülasyonu. Görüntüler (üstte), neredeyse hizalanmış bir teleskopa sunulan odak bulanıklığını göstermektedir. Analiz (altta), her bir teleskop parçasıyla ilişkili hataları gösterir. Çok parlak veya koyu renklere sahip segmentler daha büyük düzeltmelere ihtiyaç duyar. Kredi bilgileri: NASA

6. Alet Görüş Alanları Üzerinden Teleskop Hizalaması

İnce Aşamadan sonra, teleskop NIRCam görüş alanında tek bir yerde iyi hizalanacaktır. Şimdi hizalamayı araçların geri kalanına genişletmemiz gerekiyor.

Devreye alma sürecinin bu aşamasında, aşağıda gösterildiği gibi her bir bilim aletinde birden fazla yerde veya alan noktasında ölçümler yaparız. Yoğunluktaki daha fazla varyasyon, o alan noktasında daha büyük hataları gösterir. Bir algoritma, tüm bilim araçlarında iyi hizalanmış bir teleskop elde etmek için gereken son düzeltmeleri hesaplar.

Görüş Alanı düzeltmesinin simülasyon analizi. Kredi bilgileri: NASA

7. Nihai Düzeltme için Yineleme Hizalama

Görüş Alanı düzeltmesini uyguladıktan sonra, ele alınması gereken en önemli şey, birincil ayna bölümlerindeki küçük, kalıntı konumlandırma hatalarının ortadan kaldırılmasıdır. İnce Aşama sürecini kullanarak ölçüyor ve düzeltmeler yapıyoruz. Bilim araçlarının her birinde görüntü kalitesinin son bir kontrolünü yapacağız; bu doğrulandıktan sonra, dalga cephesi algılama ve kontrol süreci tamamlanacaktır.

Yedi adımdan geçerken, önceki adımları da yinelememiz gerektiğini görebiliriz. Süreç, yinelemeye izin verecek şekilde esnek ve modülerdir. Teleskobu yaklaşık üç ay hizaladıktan sonra, aletleri devreye almaya hazır olacağız.”

Webb’in önde gelen wavefront algılama ve kontrol bilimcisi, Ball Aerospace Scott Acton tarafından yazıldı; Chanda Walker, Webb wavefront algılama ve kontrol bilimcisi, Ball Aerospace; ve NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi’nden Webb optik teleskop eleman yöneticisi Lee Feinberg.