情人節將至,韋伯望遠鏡首次太空“睜眼”!這枝18星“黑玫瑰”只送給你


新智元報道

編輯:好睏David 時光

【新智元導讀】情人節之際,韋伯送來了一枝18星「黑玫瑰」——1張由18個鏡面拍攝的同一顆恆星。

2月11日,價值百億美元「鴿王」詹姆斯·韋伯太空望遠鏡,傳回了TA拍攝的第一張照片!

不好意思,放錯了,剛剛這張是韋伯的「自拍」。

接下來這張糊如馬賽克的圖,就是韋伯的「第一張照片」了。

別看這張「十八星圖」平平無奇,其實這看似毫不相關的18個光點都來自於同一顆恆星——HD 84406。

不過由於還沒有進行調整,韋伯望遠鏡蜂窩狀的18面主鏡現在正處在「各自為政」的狀態。

於是,18個獨立的望遠鏡也就生成了18張恆星的照片。

當然了,這張「十八星圖」僅僅是韋伯望遠鏡進一步對準和聚焦的開始。

情人節的工具人——HD 84406

HD 84406位於大熊座,在拉丁語中意為「大熊」。 「北斗七星」實際上是大熊星座的一部分,確切的說是「熊尾巴」。

這顆恆星的視星等約為6.9,肉眼無法看到。要看到星星,需要配備高倍雙筒望遠鏡。

恆星84406位於北斗七星附近的大熊星座,距離地球約260光年

在本次校準的準備階段,NASA在推特上發文,就透露了將選擇該星作為成像的目標星。

在校準過程中,從每個主鏡收集的光被反射回韋伯的次鏡,然後使用望遠鏡的關鍵成像儀器之一近紅外相機NIRCam進行測量。

該感測器將在望遠鏡的整個校準過程中使用,以確定和糾正任何光學誤差。

完成這個任務主要挑戰有兩個:

確認NIRCam已準備好收集來自天體的光

讓18個主鏡中的每一個都能識別來自同一顆恆星的光

顯然,收集用於生成影像的「馬賽克」並不簡單,整個過程持續了近25個小時。

韋伯望遠鏡從2月2日便已經開始了這張影像的捕獲。

在經過了156個不同指向位置的調整,並使用NIRCam的10個探測器生成了1560張影像之後,韋伯望遠鏡總計生成了54GB的原始資料。

每張影像都按照捕獲的順序進行標記

在這個過程中,前6小時的16次曝光中就確定了每個映像段中定位目標恆星。

隨後是將這些影像拼接在一起,生成一張20億畫素的超大影像。

而我們看到的這張圖只是那張超大圖中心的一小部分。

在接下來的一個月左右的時間裡,NASA團隊將逐步調整鏡片的位置,直到18幅影像全部匯聚成為一顆清晰的恆星。

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有趣的是,韋伯望遠鏡在其服役後期將無法再次觀測到HD 84406。

因為望遠鏡在調整完畢之後,這顆恆星就會變得過於明亮。

不得不說,對韋伯望遠鏡的校準和除錯是一個大工程,預計耗時三個月。

NASA將整個除錯和對準過程分為七個階段,本次產生「十八星圖」只是完成了其中的第一階段。

據NASA介紹,這七個除錯階段分別是:

分段影像識別

段對齊

影像堆疊

粗定相

精細相位

儀器視場上的望遠鏡對準

迭代對齊以進行最終校正

「鴿王」開工大吉

2021年12月25日,歷時25年研發,100億美金打造的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)終於升空!

它將成為人類的「第二隻眼」,不僅為了仰望星空,更是為了探究神秘宇宙與人類文明的本質連線。

新一代太空望遠鏡得名於美國宇航局第二任局長詹姆斯·韋伯(James Webb),以紀念他對阿波羅登月計劃做出的重要貢獻。

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡其實早在1989年便開始了籌劃,正式的工作開展是在1996年。

雖說研發25年,但從最初構想到發射歷經30餘年,因此韋伯望遠鏡被許多人戲稱為「鴿王」。

韋伯是史上第一款超級紅外線太空望遠鏡,也是目前發射最大的太空望遠鏡。其口徑達到了6.5米,並由18塊六邊形鍍金晶片拼接而成。

理論上,韋伯太空望遠鏡的太空觀測能力是哈勃空間望遠鏡的100倍。能看到波長範圍在600-28500nm的光線(可見光——中紅外光)。

1月8日,主鏡展開,部署工作全部完成。

韋伯望遠鏡在結構上已經完全展開,副鏡三腳架和兩個主鏡翼都已就位。

1月24日,抵達第二拉格朗日點L2。

經過297秒的調整,韋伯完成了的最後一次軌道修正。

由此,韋伯也進入了其圍繞第二個太陽-地球拉格朗日點的最終軌道,即L2,距離地球近100萬英里。

2月2日,為期三個月的對準過程開始。

韋伯的主鏡由18個獨立的鏡段組成,需要作為一個單一的高精度光學表面一起工作。

為此,各個鏡子之間需要相互匹配相同波長的一小部分光——大約50奈米。

2月10日,「冷麵」仍在繼續冷卻中。

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預計主鏡將冷卻到50開爾文以下(約-223攝氏度),而近紅外儀器將達到約40開爾文(約-233攝氏度)。

這朵宇宙玫瑰,只送給你!

1990年4月,哈勃望遠鏡在肯尼迪航天中心成功發射,執行觀察太空任務30餘年,不負使命地展現了「最美宇宙」。

那麼,對比哈勃,韋伯有哪些關鍵進步呢?

科學家與工程師們在吸取哈勃經驗的基礎上,現在,他們「站在巨人的肩膀上」,對韋伯太空望遠鏡的要求更高、期待更大。

揭示更深處的宇宙奧秘

時間回到2011年4月20日,在哈勃望遠鏡21歲生日之際,它拍下了一張來自3億光年以外的Arp-273「玫瑰星系」,美輪美奐!

一個巨大的星系相互纏繞,成螺旋狀,構成了美麗的「玫瑰花瓣」;另一個相對較小的星系則側身,構成了「玫瑰花枝」。它像宇宙中一朵盛開的巨型「玫瑰」,自帶光芒,又位於仙女座,因此,科學家將其稱之為「玫瑰星系」。

星係是宇宙的主角,是整個宇宙最主要的組成部分,正是因為星系的存在,才使得生命和色彩有了存在的可能。由於宇宙演化的各異性,星系的形狀也並不統一,有螺旋星系、橢圓星系和其它不規則星系。

「玫瑰星系」是哈勃望遠鏡的寬視場照相機3號拍攝的,使用了3個濾色鏡,於2010年12月17日拍下。

2011年4月24日剛好是哈勃望遠鏡的21歲生日,NASA用這張照片為哈勃慶生。

十年後的2021年4月,NASA在Instagram上再次貼出了這張照片,「這朵宇宙玫瑰,只送給你!」

該帖子再次吸引了NASA 的追隨者,點贊超過18萬。

有使用者希望「可以將這朵閃閃發光的玫瑰永遠留在身邊」。

還有的使用者留言將玫瑰送給了自己的愛侶,並表白說「我愛你」。

據介紹,這張照片中的星系Arp 273 由兩個螺旋星系組成– 較大的一個稱為UGC 1810,另一個位於其下方的星系稱為UGC 1813,位於仙女座。

此次「接棒」老前輩的韋伯望遠鏡,究竟比哈勃強在哪裡?

首先是觀測光譜的範圍。

哈勃望遠鏡是用來探測可見光和紫外光的。處於形成早期的星系確實會發出可見光,但由於觀測距離太長,可見光的波長會因「紅移」被拉伸到電磁光譜的紅外部分,相當於紅外光。

韋伯望遠鏡設計專注於從0.6到28微米光譜的紅外部分,能夠聚焦於紅外明亮的物體,如極其遙遠的星系。

從身材上看,韋伯望遠鏡也要比前輩哈勃要大得多。

哈勃望遠鏡長13.2米,最大直徑為4.2米,孔徑(能夠接收光線的部分)為2.4米。

韋伯望遠鏡遮陽板約22米x12米,孔徑為6.5 米。

另外,韋伯望遠鏡更善於觀測早期宇宙的形成。

早期恆星和星系形成之謎一直困擾著大家,韋伯望遠鏡將為早期宇宙觀測提供最佳視角。當涉及到遙遠的星系時,哈勃望遠鏡的長波觀測能力不再湊效,導致探測結果不確定。

有科學家認為,韋伯望遠鏡可以解決這個問題,確切地說,可以看到宇宙大爆炸2.5億年後的星系形成。

現在,韋伯望遠鏡可以探測到紅外線光,這使得它可以窺視到以前從未被探索的領域,來自宇宙最遙遠的星系、被塵埃包裹的新生恆星以及太陽系外行星等天文現象。

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不僅如此,它還將發現來自宇宙深處的最微弱熱訊號,這就是為什麼它要求在極低的溫度下工作,韋伯的遮陽板正是達到這種低溫的關鍵。

「在太空中開啟韋伯的遮陽板是一個不可思議的里程碑,對整個任務的成功至關重要,韋伯望遠鏡的天文部署是歷史性的成功。」韋伯專案主管Gregory L. Robinson(格雷戈裡L. 羅賓遜)說。

對比哈勃望遠鏡主要用來探測可見光和紫外光,韋伯望遠鏡則可以探測紅外光,且探測精讀大大提升,將達到2000×2000的光學畫素。

這對於宇宙遠距離成像十分重要,透過塵埃,直達恆星區域,韋伯望遠鏡可以精確計算星系年齡和化學成分,其長波觀測能力還有望觀察到早期宇宙的形成。

身處更合適的觀測點L2

1月24日,韋伯太空望遠鏡抵達第二拉格朗日點。

「L2有一些獨特的特性,使其成為執行天文任務的理想選擇」 歐洲航天局(ESA)韋伯航天器運營經理David Milligan說。

一方面,太陽、地球和月球的聯合引力起到了平衡作用,可以用最少的燃料保持航天器位置固定,也被稱作「懸停」,它是一個特殊的空間重力穩定點。

另一方面,韋伯可在此不受阻礙地觀看大部分天空,太陽、地球和月球均保持在同側背後,開啟遮陽板,韋伯可以在溫度、光線恆定的環境下工作。

韋伯進入L2軌道,大約每隔6個月,繞L2點執行一圈。

此前的太空望遠鏡都是繞著地球執行,會導致地球的陰影竄入觀察任務,觀察視野受影響;加之,來自地球的熱量輻射,溫度忽冷忽熱,使科學儀器執行不穩定。

韋伯望遠鏡將以前所未有的宇宙觀給太空科學帶來一場革命。

1990年,哈勃成為世界上第一個太空望遠鏡,它給我們送來了3億光年的「玫瑰星系」,極大地開啟了人類文明的視野。

32年過去,韋伯是人類史上迄今最大的太空望遠鏡,它剛一「睜眼」,就以一支驚豔的「黑色玫瑰」饋贈世人。

參考資料:

https://blogs.nasa.gov/webb/2022/02/11/photons-received-webb-sees-its-first-star-18-times/

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