James Webb Space Telescopes laserfokuseret sigte

Cirka 1 million miles væk fra den nærmeste øjenkirurg, NASAs James Webb-rumteleskop vil være i stand til at perfektionere sit eget syn, mens det er i kredsløb.

Selvom Webb-teleskopet vil fokusere på stjerner og galakser omkring 13,5 milliarder lysår væk, dets syn gennemgår en lignende proces, som du ville gøre, hvis du gennemgik lasersynskorrektion for at kunne fokusere på et objekt 10 fod på tværs af rummet. I kredsløb ved Jordens andet Lagrange-punkt (L2), langt fra hjælp fra en landlæge, Webb vil bruge sit nær-infrarøde kamera (NIRCam) instrument til at hjælpe med at justere sine primære spejlsegmenter omkring 40 dage efter lanceringen, når de er foldet ud fra deres ujævne stuveposition og afkølet til deres driftstemperaturer.

Lasersynskorrektion omformer øjets hornhinde for at fjerne ufuldkommenheder, der forårsager synsproblemer som nærsynethed. Hornhinden er øjets overflade; det hjælper med at fokusere lysstråler på nethinden bagerst i øjet, og selvom det ser ud til at være ensartet og glat, det kan være misformet og pockmærket med buler, fregner, og andre ufuldkommenheder, der kan påvirke en persons syn. Den relative placering af Webbs primære spejlsegmenter efter lanceringen vil svare til disse hornhinde-ufuldkommenheder, og ingeniører på Jorden bliver nødt til at foretage rettelser til spejlenes positioner for at bringe dem på linje, sikre, at de producerer skarpe, fokuserede billeder.

Disse korrektioner foretages gennem en proces kaldet bølgefrontsføling og kontrol, som justerer spejlene til inden for tiere af nanometer. Under denne proces, en bølgefrontsensor (NIRCam i dette tilfælde) måler eventuelle ufuldkommenheder i justeringen af ​​spejlsegmenterne, der forhindrer dem i at fungere som en enkelt, 6,5 meter (21,3 fod) spejl. En øjenkirurg, der udfører bølgefrontstyret lasersynskorrektionskirurgi (en proces, der blev forbedret af teknologi udviklet til at forme Webbs spejle) måler og kortlægger på samme måde alle uoverensstemmelser i hornhinden. Systemet sender disse data til en laser, kirurgen tilpasser proceduren til den enkelte, og laseren omformer og genopretter hornhinden i henhold til denne procedure.

Ingeniører på Jorden vil ikke bruge en laser til at smelte og omforme Webbs spejle (giv gerne et lettelsens suk); i stedet, de vil bruge NIRCam til at tage billeder for at bestemme, hvor meget de skal bruge for at justere hvert af teleskopets 18 primære spejlsegmenter. De kan justere spejlsegmenterne gennem ekstremt små bevægelser af hvert segments syv aktuatorer (små mekaniske motorer) - i trin på omkring 1/10, 000. diameteren af ​​et menneskehår.

Bølgefrontssensor- og kontrolprocessen er opdelt i to dele - grov fasing og finfasering.

Under grov fasering, ingeniører peger teleskopet mod en lysende stjerne og bruger NIRCam til at finde store forskydninger mellem spejlsegmenterne (selvom "stor" er relativt, og i dette tilfælde betyder det blot millimeter). NIRCam har et specielt filterhjul, der kan vælge, eller filter, specifikke optiske elementer, der bruges under grovfaseprocessen. Mens Webb ser på den klare stjerne, grisms i filterhjulet vil sprede stjernens hvide lys ud på en detektor. Grismer, også kaldet gitterprismer, bruges til at adskille lys med forskellige bølgelængder. Til en iagttager, disse forskellige bølgelængder vises som parallelle linjesegmenter på en detektor.

"Lyset fra hvert segment vil forstyrre tilstødende segmenter, og hvis segmenterne ikke er justeret til bedre end en bølgelængde af lys, den interferens viser sig som barberstænger, " forklarede Lee Feinberg, optisk teleskopelementleder for Webb-teleskopet ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Analysen af ​​barberstængernes mønstre fortæller ingeniørerne, hvordan de skal flytte spejlene."

Under finfasering, ingeniører vil igen fokusere teleskopet på en lysende stjerne. Denne gang, de vil bruge NIRCam til at tage 18 ude af fokus billeder af den stjerne – et fra hvert spejlsegment. Ingeniørerne bruger derefter computeralgoritmer til at bestemme den overordnede form af det primære spejl ud fra disse individuelle billeder, og for at bestemme, hvordan de skal flytte spejlene for at justere dem. Disse algoritmer blev tidligere testet og verificeret på en 1/6-skalamodel af Webbs optik, og det rigtige teleskop oplevede denne proces inde i det kryogene, luftløse omgivelser i kammer A ved NASAs Johnson Space Center i Houston. Ingeniører vil gennemgå flere finfasesessioner, indtil de 18 adskiller sig, ufokuserede billeder bliver til en enkelt, klart billede.

Efter at ingeniørerne har justeret de primære spejlsegmenter, de skal justere det sekundære spejl til det primære, juster derefter både det primære og sekundære spejle til det tertiære spejle og de videnskabelige instrumenter. Selvom ingeniørerne fuldfører den indledende tilpasning med NIRCam, Feinberg forklarede, at de også testede justeringen med Webbs andre instrumenter for at sikre, at teleskopet er justeret "over hele feltet."

Hele tilpasningsprocessen forventes at tage flere måneder, og når Webb begynder at lave observationer, dets spejle skal tjekkes med få dages mellemrum for at sikre, at de stadig er justeret - ligesom en person, der har gennemgået en laseroperation for synskorrektion, vil planlægge regelmæssige øjenlægebesøg for at sikre, at deres syn ikke er nedværdigende.

James Webb rumteleskopet, det videnskabelige supplement til NASAs Hubble-rumteleskop, vil være det førende rumobservatorium i det næste årti. Webb er et internationalt projekt ledet af NASA med dets partnere, ESA (European Space Agency) og CSA (Canadian Space Agency).