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詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么

2023-01-24 13:51阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/2614811577

詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好 - 这里是为什么
人类的最新、最强大的太空望远镜正在甚至比预测的更好的功能。为什么的原因史无前例。
STARTS WITH A BANG — JANUARY 23, 2023
Ethan Siegel
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
该图像特征来自 10 种不同詹姆斯韦伯太空望远镜滤光片的数据：6 个来自近红外、4 个来自中红外。因此，包括恒星、气体、尘埃和各种分子签名的特征都是立即揭示的，展示恒星形成正在发生和未来将发生的位置，以及许多其他特征。(Credit: NASA, ESA, CSA, STScI, Webb
ERO Production Team)
关键要点
所有类型的望远镜都必须考虑来自各种来源的噪声和缺陷：热噪声、杂散光、灰尘等。
虽然詹姆斯韦伯太空望远镜位于太空中，但它对这些问题是不免疫的，但一系列的成功已经引导它来甚至比最乐观的天文学家已经预期过的更好的执行。
关键原因是詹姆斯韦伯太空望远镜及其所有光学器件和仪器都比从来任何天文台的更保持清洁，导致它几乎是预期性能的两倍。

2021 年圣诞节，随着詹姆斯韦伯太空望远镜的发射天文学永远改变了。
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2021 年 12 月 25 日，随着太阳能电池阵列在发射后29 分钟部署，比计划提前 约4 分钟，美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜正在运行，正在接收电力，并且正在向最终目的地前进变得清楚的。这次发布是一个无与伦比的成功。(Credit: NASA TV/YouTube)
到 2022 年年中，一个经过完全校准的詹姆斯韦伯太空望远镜公布了它的第一张科学图像。
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这个几乎完美对齐的图像合成显示星团SMACS 0723核的第一个詹姆斯韦伯太空望远镜深场视图，并将它与更老的哈勃视图进行了对比。星系团SMACS 0723的詹姆斯韦伯太空望远镜图像是詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄的第一张全彩色多波长科学图像。这是从来拍摄的超遥远宇宙最深的图像，在它之内识别了87个超遥远的候选星系。它们正在等待光谱跟踪和确认。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI; NASA/ESA/Hubble (STScI); composite by E. Siegel)
它的图像是清晰的、原始的、美丽的并且空前的告知的。
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哈勃望远镜的斯蒂芬五重奏的观望与詹姆斯韦伯太空望远镜的NIRCam视图的这种对比揭示一系列毕竟用更短的一组更严格的波长几乎不表观或不明显的特征。图像之间的差异突出詹姆斯韦伯太空望远镜能揭示哈勃错过的。(Credit: NASA, ESA, and the Hubble SM4 ERO Team; NASA, ESA, CSA, and STScI)
但从某种意义上说，它们几乎太好了。
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该动画展示詹姆斯韦伯太空望远镜独特的木星的近红外观望。除了在木星昼夜边界可见的带状、大红斑和“大气雾霾”外，还看到并标记了许多月亮、环和极光特征。木星的半径刚好是地球的11.2倍，但引力却是地球的300多倍，造成木星吸引许多天体进入其中，但也造成木星对附近的天体有更大的扰动效应，例如小行星带。(Credit: NASA, ESA, CSA, Jupiter ERS Team; Processing: R. Hueso (UPV/EHU) & J. Schmidt)
詹姆斯韦伯太空望远镜的观望比任何人预测的都更清晰、噪音更小。
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这个三面板动画显示幻影星系M74（NGC 628）中心的三个不同视图。熟悉的彩色图像是哈勃（光学）视图，第二个面板展示来自哈勃和韦伯的近红外视图，而中红外面板显示温暖的尘埃，最终将在以后形成新的恒星，仅包含来自JWST的数据。(Credit: ESA/Webb, NASA & CSA, J. Lee and the PHANGS-JWST Team; ESA/Hubble & NASA, R. Chandar; Acknowledgement: J. Schmidt; Animation: E. Siegel)
关键是要理解为什么，这样这种前所未有的成功能能重复。
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这个三面板动画显示了18 个未对齐的单个图像之间的差异，那些相同图像在每个部分已经被更好配置后然后是最终图像，其中来自所有18 个詹姆斯韦伯太空望远镜镜子的单个图像已经被堆叠并共同添加在一起。由那颗恒星制作的图案是詹姆斯韦伯太空望远镜独有的“雪花”，只能通过更好的校准来略微改进。(Credits: NASA/STScI, compiled by E. Siegel)
尽管詹姆斯韦伯太空望远镜显示许多显着的改进，但一项进步是至关重要的。
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
詹姆斯韦伯太空望远镜的衍射尖峰，在恒星2MASS J17554042+6551277周围非常详细地看到，与在第一张成功对准图像中看到的尖峰相同。正如被背景星系辉煌细节证明的那样，科学数据现在被投入长期使用。(Credit: NASA / ESA / CSA / STScI)
当然，这些仪器是惊人的好，有近乎完美的光子效率。
James Webb instruments
中红外仪器（MIRI）的低温冷却器，早在2016年就进行了测试和检查。这个冷却器对将MIRI仪器保持在约7 K左右至关重要：詹姆斯韦伯太空望远镜中最冷的部分。如果它变暖，最长的波长只会返回噪声，因为望远镜实际上会看到它自己在更高的温度下辐射。到目前为止，性能表明没有可辨认的噪音，表明仪器团队已经做了大量的工作。(Credit: NASA/JPL-Caltech)
指向和引导系统以及信号吞吐量都以最佳方式性能。
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詹姆斯韦伯太空望远镜上的精细引导传感器将跟踪引导恒星来精确和准确地指向天文台，并将拍摄校准图像而不是用于提取科学数据的图像。它目前的性能甚至比其设计规范所显示的更好。(Credit: NASA/STScI)
望远镜保持足够的冷，热辐射和仪器噪声是忽略不计的。
James Webb Instruments
詹姆斯·韦伯太空望远镜项目成员与完整的综合科学仪器模块（ISIM）合影。ISIM中包含的四种仪器包括近红外相机、近红外光谱仪、中红外仪器以及精细制导传感器/近红外成像仪和无缝光谱仪。(Credit: NASA/Chris Gunn)
此外，光学元件是非常好，杂散光------通常是有问题的------是忽略不计的。
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
这张看似很小的图像是在詹姆斯韦伯太空望远镜已经被完全对齐和校准后全面检查的全约140百万像素视野的缩小版本。照片左下角的明亮星星是詹姆斯韦伯太空望远镜第一张对齐图像中著名的“对齐星”。实际上毕竟没有可检测到的杂散光。(Credit: NASA / ESA / CSA / STScI)
但詹姆斯韦伯太空望远镜最大的进步是控制它的点扩散功能（PSF: point spread function）.
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
这种球差模拟显示如果天体被过度聚焦（左）、聚焦不足（右）或完美聚焦（中心），以及被正确校正波长（中行）对要么略微过度校正（顶行）要么校正不足（底行）时一个点源怎样被一个完美球面孔径看到。极端右下角的图像显示哈勃原始WFPC相机中的原始球面像差。(Credit: Mdf at English Wikipedia; NASA, ESA and the COSTAR Team)
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何天基或地面望远镜都能更好聚焦它的光线。
James Webb Space Telescope
2021年底，在马里兰州格林贝尔特的洁净室一个检查期间美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜在完工时被拍摄。仅仅几周后，它就成功发射和部署，导致天文学一个前所未有的进步。(Credit: NASA/Desiree Stover)
为什么？因为------从镜子到仪器------它比从来任何天文台都更干净。
James Webb Space Telescope
美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜，如2020 年 10 月进行的最后一次振动和声学测试后的“熄灯”检查所示。在没有任何红旗或黄旗的情况下通过了最终测试，韦伯被认为已经准备好发射，经过大约6 个月的部署和校准，开始获取科学数据。(Credit: NASA/Chris Gunn)
洁净室技术和处理技术中的进步使要求的一个点扩散功能锐度提高了一倍。
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
在这张照片中，来自斯蒂芬五重奏的一个相互作用成员星系中被撕裂的恒星流闪闪发光，但甚至更壮观的是背景星系的丰富选择，能被在附近的前景天体后面看到辉煌的细节。凭借詹姆斯韦伯太空望远镜前所未有的能力，“背景星系研究”能作为额外的科学进行，用詹姆斯韦伯太空望远镜进行的大多数预期研究顶上的红利科学。正是由于它的出色的点扩散功能（PSF）是这些细节如此清晰可见的。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI)
因此，詹姆斯韦伯太空望远镜科学是比任何人预期的更告知的。
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
这张照片是用詹姆斯韦伯太空望远镜的NIRCam成像仪拍摄的海王星广角视图的一部分，展示海王星、它的巨大卫星大力士、海王星上和周围的微弱特征，包括它的环和更小的卫星，以及银河系内的少量背景星系和恒星。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI)
从一个近乎完美的发射节省的燃料，詹姆斯韦伯太空望远镜应该在2044年之前仍然如此原始的运行。
詹姆斯韦伯太空望远镜比任何人预期的都要好-这里是为什么
与（更旧的）哈勃数据叠加，南环星云的詹姆斯韦伯太空望远镜NIRCam图像以多种方式显然更优越：分辨率、揭示的细节、外部气体的范围等。这确实是一个壮观的揭示，揭示了像太阳这样的恒星如何结束它们的生命。(Credit: NASA, ESA, CSA, and STScI)
大多数寂静的星期一以图像、视觉效果和不超过 200 字讲述一个天文故事。少说话;多微笑。
https://bigthink.com/starts-with-a-bang/jwst-better-expected/

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