跳转到内容詹姆斯·韦伯太空望远镜即将完成使用近红外相机（NIRCam）仪器对准天文台主镜长达数月的第一阶段。
该团队面临的挑战有两个：确认NIRCam已准备好收集来自天体的光线，然后在18个主镜段中的每一个中识别来自同一恒星的星光。结果是一幅由18个随机排列的星光点组成的图像拼接图，这些星光点是韦布未对齐的镜段的产物，所有这些镜段将来自同一颗恒星的光反射回韦布的次镜，并进入尼尔坎的探测器。
看起来像一个模糊的星光的简单图像现在成为望远镜对准和聚焦的基础，以便Webb能够在今夏传递宇宙的史无前例的观点。在接下来的一个月左右的时间里，研究小组将逐步调整镜像片段，直到18幅图像变成一颗星星。
“整个Webb团队欣喜若狂地观察着拍摄和对准望远镜的第一步是如何进行的。我们很高兴看到光进入NICAM，”NICAM仪器的首席调查员Marcia Rieke和亚利桑那大学天文学教授说。
在2月2日开始的图像捕获过程中，韦伯被重新打印到了恒星预测位置周围的156个不同位置，并使用NIRCam的10个探测器生成了1560张图像，相当于54G的原始数据。整个过程持续了近25个小时，但值得注意的是，在最初的6个小时和16次曝光中，天文台能够在每个镜像段找到目标恒星。然后将这些图像缝合在一起，形成一个大马赛克，在一帧中捕捉每个主镜段的特征。这里显示的图像只是更大马赛克的中心部分，这是一幅超过20亿像素的巨大图像。
韦布的副望远镜科学家、太空望远镜科学研究所的天文学家马歇尔·佩林说：“最初的搜索覆盖了一个与满月差不多大的区域，因为这些圆点可能分布在天空中。”。“在第一天就获得如此多的数据，需要韦伯在地球上的所有科学操作和数据处理系统从一开始就与太空天文台顺利工作。在那次搜索的早期，我们发现了非常靠近中心的所有18个部分的光！这是镜子对准的一个很好的起点。”
美国宇航局戈达德航天飞行中心韦伯光学望远镜元件经理李·范伯格（Lee Feinberg）解释了镜子对准过程的早期阶段。
图像马赛克中每个独特的可见点都是韦布18个主镜段中每个主镜段所拍摄的同一颗恒星，光学专家和工程师将利用这一细节宝库来校准整个望远镜。这项活动确定了每个反射镜段的部署后对准位置，这是将整个天文台纳入科学运行功能对准的关键第一步。
NIRCam是天文台的波前传感器和关键成像仪。它被有意选择用于韦伯的初始校准步骤，因为它具有广阔的视野，并且比其他仪器具有在更高温度下安全运行的独特能力。它还配有定制组件，专门设计用于辅助该过程。NIRCam将在望远镜镜子的几乎整个对准过程中使用。然而，重要的是要注意，NIRCam在捕捉这些初始工程图像时的工作温度远高于其理想温度，并且可以在马赛克中看到视觉伪影。随着韦伯接近其理想的低温工作温度，这些伪影的影响将显著减少。
“将韦伯发射到太空当然是一件激动人心的事情，但对于科学家和光学工程师来说，这是一个巅峰时刻，当一颗恒星发出的光成功地通过系统到达探测器时，”美国宇航局戈达德航天飞行中心韦伯天文台项目科学家迈克尔·麦克尔文说。
展望未来，随着其他三台仪器达到预期的低温工作温度并开始采集数据，韦伯的图像只会变得更清晰、更详细、更复杂。首批科学图像预计将于今年夏天发布到世界各地。虽然这是一个重要的时刻，证实了韦伯是一个功能性望远镜，但在未来几个月里，还有很多工作要做，以便为天文台使用其所有四种仪器进行全面的科学操作做好准备。
虽然我们已经开始了校准望远镜反射镜的漫长过程，但韦布冷面上的几乎所有组件仍在继续冷却。
韦伯的巨大遮阳板使望远镜和相机远离直射阳光和从地球和月球反射的阳光。遮阳板寒冷一侧的一切都在被动冷却，将热量辐射到深空。这将一直持续到望远镜和三个近红外（NIR）仪器达到稳定温度，在稳定温度下，通过遮光罩的毫瓦能量加上仪器自身电子设备产生的热量，正好平衡进入太空的热量损失。我们预计主镜将冷却到50开尔文以下（约-370华氏度，或-223摄氏度），近红外仪器将达到约40开尔文（约-388华氏度，或-233摄氏度）。
韦伯的中红外仪器（MIRI）需要更冷。除被动冷却外，MIRI还将由封闭循环气态氦制冷机或冰箱冷却至7开尔文以下（-447华氏度，或-266摄氏度）。与之前的一些低温任务不同，这些任务是通过沸腾液氦并将其排放到太空来冷却的，MIRI的冷却器重复使用其氦气，就像你厨房里的冰箱不断回收自己的冷却剂一样。韦伯团队本周开启了米里制冷机的第一阶段。
在韦布的遮阳板部署后的几周里，韦布的镜子一直在冷却，但它们还没有达到最终温度。不同部分的温度有所不同，靠近遮光罩和航天器总线的部分温度更高。我们预计，这些镜面部分将再冷却10开尔文左右，但它们的最终温度仍将有15至20开尔文的范围。悬挂在“蜘蛛”支撑结构末端的次镜已经非常冷了。
与此同时，近红外仪器也在冷却。在冷却过程的早期，韦伯团队使用加热器使仪器比冷侧结构更热，以防止水冰在光学表面形成。但现在一切都完成了，仪器和它们的探测器都很好地冷却了。它们目前的温度约为75开尔文（-325华氏度，或-198摄氏度）；在达到最终工作温度之前，它们将继续冷却数周。
红外望远镜的冷却是一个精确而关键的过程，以确保仪器的成功，并最终确保惊人的科学。我们已经从多年的红外任务中学习并改进了。韦伯的历史学家罗伯特·W·史密斯（Robert W.Smith）进一步解释了韦伯是如何建立在之前的红外天文台的基础上的：
“从1800年起，开拓性的研究人员在红外波段对各种天体进行了研究。然而，红外天文学直到20世纪60年代才开始兴起。考虑到大气的限制，研究人员用望远镜在气球和火箭上进行了试验。
“然而，大奖是一台在太空中的红外望远镜，不限于火箭飞行的五分钟左右的观测时间。美国、荷兰和英国的努力导致了红外天文卫星（IRAS）1983年发射的IRAS在不同波长范围内对天空进行了探测，并在其10个月的使用寿命内识别出35万个红外源。红外空间天文台（ISO）在1995年跟踪了IRAS。它成为第一台利用探测器阵列的红外空间望远镜，这种探测器阵列在1990年左右开始彻底改变地面红外天文学。
“对红外空间望远镜的未来至关重要的是向辐射或被动冷却的根本转变。红外望远镜的反射镜发射红外辐射，为了观察天文源发出的红外信号（其中许多非常微弱），反射镜需要保持非常冷。IRA和ISO都保持了它们的温度莱索普将其放在装满液氦的杜瓦瓶中冷却。但采用这种方法严重限制了可以飞行的望远镜的尺寸。爱丁堡皇家天文台的蒂姆·哈瓦登（Tim Hawarden）于20世纪80年代初开始探索废除杜瓦瓶的想法。取而代之的是，望远镜将通过向太空辐射热量来加热和冷却。
“第一台使用被动冷却的红外太空望远镜是美国宇航局的斯皮策太空望远镜，于2003年发射到地球跟踪轨道。主镜被动冷却到约34开尔文，然后使用液氦将天文台冷却到不到6开尔文。赫歇尔太空天文台是欧洲航天局（ESA）的一个分支该项目有一个被动冷却的主镜（到80开尔文），带有液氦冷却仪器。赫歇尔从2009年到2013年一直在围绕L2拉格朗日点运行，与韦伯类似。赫歇尔直径为3.5米的镜子使其成为韦布之前最大的红外望远镜。
“1989年，在太空望远镜科学研究所的一个研讨会上，天文学家们探索了‘下一代U-V可见光红外望远镜’取代哈勃望远镜的想法。这些讨论提出了一种红外优化望远镜的建议，即‘下一代太空望远镜’，其愿景是在世界上最大的ost强大红外天文台：韦伯。"
明天再回来看看，了解韦布镜子校准头几周的令人兴奋的进展！
作者：NASA戈达德太空飞行中心韦伯副高级项目科学家乔纳森·加德纳
本周，对准望远镜的三个月过程开始了——在最后一天，韦伯团队成员看到了第一批穿过整个望远镜并被近红外相机（NIRCam）仪器探测到的星光光子。这一里程碑标志着捕捉最初未聚焦的图像并使用它们缓慢微调望远镜的许多步骤中的第一步。这是过程的开始，但到目前为止，初步结果与预期和模拟相符。
来自鲍尔航空航天公司、太空望远镜科学研究所和NASA戈达德太空飞行中心的一个工程师和科学家团队现在将使用NIRCam获取的数据逐步校准望远镜。该团队使用1/6比例的模型望远镜试验台开发并演示了算法。他们已经多次模拟和排练了这个过程，现在已经准备好和韦伯一起做这件事了。这一过程将在未来三个月内分七个阶段进行，最终形成一个完全对准的望远镜，为仪器调试做好准备。韦布在这段时间内拍摄的照片将不会像今年夏天晚些时候韦布将公布的新宇宙观那样“漂亮”。它们严格地服务于为科学准备望远镜的目的。
为了作为一个单独的反射镜一起工作，望远镜的18个主镜段需要相互匹配到光波长的一小部分——大约50纳米。从长远来看，如果韦伯主镜的大小与美国相同，那么每个部分的大小都与德克萨斯州相同，团队需要将这些德克萨斯州大小的部分的高度相互对齐，精度约为1.5英寸。
鲍尔航空航天公司的斯科特·阿克顿和钱达·沃克，以及NASA戈达德公司的李·范伯格，将完成以下基本步骤：
“随着反射镜段的部署完成，仪器打开，团队已经开始了准备和校准望远镜以完成其工作所需的众多步骤。望远镜调试过程将比以前的太空望远镜花费更长的时间，因为韦伯的主镜由18个独立的反射镜段组成需要作为一个单一的高精度光学表面一起工作。调试过程中的步骤包括：
首先，我们需要将望远镜对准航天器。该航天器能够使用“星体跟踪器”进行极其精确的指向运动把追星器想象成宇宙飞船的GPS。首先，来自恒星跟踪器的航天器位置与每个反射镜段的位置不匹配。
我们将望远镜对准一颗明亮、孤立的恒星（HD 84406），捕捉一系列图像，然后将这些图像缝合在一起，形成该部分天空的图像。但请记住，我们并不是只有一面镜子可以看到这颗恒星；我们有18面镜子，每个镜子最初都朝着天空的不同部分倾斜。因此，我们实际上会捕捉到18个略微偏移的恒星拷贝——每一个都不对焦，并且都有独特的扭曲。我们将这些初始星型拷贝称为“分段图像”事实上，根据镜像的起始位置，可能需要多次迭代才能定位一幅图像中的所有18个片段。
我们将一个接一个地移动18个镜像片段，以确定哪个片段创建哪个片段图像。将镜像段与其各自的图像匹配后，我们可以倾斜镜像，使所有图像接近一个公共点，以便进行进一步分析。我们称这种排列为“图像阵列”
在我们有了图像阵列之后，我们可以执行段对齐，这可以纠正镜像段的大部分较大定位误差。
我们首先通过稍微移动次镜来散焦分段图像。对离焦图像进行数学分析（称为相位恢复），以确定分段的精确定位误差。然后对这些部分进行调整，得到18个经过良好校正的“望远镜”然而，这些片段仍然不能作为单个镜像一起工作。
要将所有灯光放在一个地方，每个片段图像必须堆叠在另一个上面。在图像叠加步骤中，我们移动各个片段图像，使其精确地落在场的中心，以生成一个统一的图像。这一过程为望远镜的粗略相位调整做好准备。
虽然图像叠加将所有光线放在探测器上的一个位置，但这些片段仍然充当18个小望远镜，而不是一个大望远镜。这些片段需要以小于光波长的精度相互排列。
在调试过程中进行了三次粗略相位测量，并校正了后视镜段的垂直位移（活塞差）。利用一种被称为“分散条纹传感”的技术，我们使用NIRCam从20对独立的镜段中捕捉光谱。光谱将类似于理发杆模式，其斜率（或角度）由配对中两段的活塞差决定。
精细相位调整也会进行三次，直接在每一轮粗略相位调整之后进行，然后在韦布的整个寿命周期内进行常规调整。这些操作使用在段对齐过程中应用的相同散焦方法测量并纠正剩余的对齐错误。然而，我们没有使用次镜，而是在科学仪器内部使用特殊的光学元件，为每个图像引入不同数量的散焦（-8、-4、+4和+8波散焦）。
经过精密相位调整后，望远镜将在NIRCam视场中的一个位置对齐。现在我们需要将校准扩展到其他仪器。
在调试过程的这一阶段，我们在每个科学仪器的多个位置或现场点进行测量，如下所示。强度变化越大，表明该场点的误差越大。一种算法可以计算出在所有科学仪器上实现望远镜良好对准所需的最终校正。
在应用视场校正后，需要解决的关键问题是去除主镜段中任何微小的残余定位误差。我们使用精细相位过程进行测量和校正。我们将对每个科学仪器的图像质量进行最终检查；一旦验证，波前传感和控制过程将完成。
当我们完成这七个步骤时，我们可能会发现我们也需要重复前面的步骤。该过程灵活且模块化，允许迭代。在对准望远镜大约三个月后，我们将准备开始调试仪器。"
-斯科特·阿克顿，韦伯波前传感和控制首席科学家，鲍尔航空航天公司；钱达·沃克，韦伯波前传感和控制科学家，鲍尔航空航天公司；以及NASA戈达德太空飞行中心韦伯光学望远镜元件经理李·范伯格
1月24日，韦伯抵达拉格朗日点2（L2）附近的轨道目的地后，任务运行团队开始进行一系列关键步骤：接通所有科学仪器的电源，关闭加热器，开始长时间的冷却过程，最终在韦伯的主相机上捕获第一批光子，使望远镜能够进行长达数月的校准。
虽然在韦布12月25日发射后的几周里，MIRI仪器和一些仪器组件通电，但团队直到过去几天才完成其余三种仪器的开启——NIRCam、NIRSpec和FGS/NIRISS。
任务运行团队的下一个主要步骤是关闭仪器加热器。加热器是保持关键光学元件温度的必要设备，以防止水和冰凝结的风险。由于仪器符合预先定义的总体温度标准，团队正在关闭这些加热器，以便让仪器重新开始长达数月的冷却过程，达到最终温度。
当NIRCam达到120开尔文（约-244华氏度，或-153摄氏度）时，韦伯的光学团队将准备好开始仔细移动18个主镜段，形成一个单一的镜面。该团队已选择star HD 84406作为其目标，开始这一过程。当光子击中仪器的通电探测器时，这将是NIRCam“看到”的第一个物体。这个过程基本上会产生一个由18个随机、模糊的光点组成的图像。在镜子对准的前几周，团队将在对镜子部分进行微观调整的同时，保持仪器在恒星上的训练；最终，18个模糊点的集合将成为一颗恒星的聚焦图像。望远镜和仪器的冷却也将在下个月继续进行，近红外仪器最终将达到37-39开尔文。在接下来的几个月里，制冷机将把米丽冷却到6开尔文。
韦伯本周的大新闻是，他最终进入了绕第二个拉格朗日点的轨道。该团队还打开了高增益天线，使用Ka无线电频段通过深空网络实现了与地球的下行链路。Ka波段提供的数据速率比Webb迄今为止用于通信的S波段高得多。Ka波段和高增益天线最终将允许天文台将所有科学图像和数据发送到t
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