NASA är planerad att släppa de första bilderna tagna av rymdteleskopet James Webb den 12 juli 2022. De kommer att markera början på nästa era inom astronomi när Webb – det största rymdteleskopet som någonsin byggts – börjar samla in vetenskaplig data som kommer att hjälpa svara på frågor om universums tidigaste ögonblick och låt astronomer studera exoplaneter mer i detalj än någonsin tidigare. Men det har tagit nästan åtta månader av resor, installation, testning och kalibrering för att se till att detta mest värdefulla teleskop är redo för bästa sändningstid. Marcia Rieke, en astronom vid University of Arizona och vetenskapsmannen som ansvarar för en av Webbs fyra kameror, förklarar vad hon och hennes kollegor har gjort för att få igång det här teleskopet.
1. Vad har hänt sedan teleskopet lanserades?
Efter den framgångsrika uppskjutningen av rymdteleskopet James Webb den 25 december 2021 började teamet den långa processen att flytta teleskopet till dess slutliga omloppsposition, veckla ut teleskopet och – allt eftersom allt svalnade – kalibrera kamerorna och sensorerna ombord.
Uppskjutningen gick så smidigt som en raketuppskjutning kan gå. En av de första sakerna mina kollegor på NASA märkte var att teleskopet hade mer kvarvarande bränsle ombord än vad som förutspåtts för att göra framtida justeringar av sin omloppsbana. Detta kommer att tillåta Webb att arbeta mycket längre än uppdragets första 10-åriga mål.
Har din fintech globala ambitioner?
Innan du överväger expansion, kolla in vår praktiska checklista
Den första uppgiften under Webbs månadslånga resa till dess slutliga plats i omloppsbana var att veckla ut teleskopet. Detta gick utan några problem, och började med den vita knogarnas utplacering av solskyddet som hjälper till att kyla teleskopet, följt av inriktningen av speglarna och påsättningen av sensorer.
När solskyddet väl var öppet började vårt team övervaka temperaturen på de fyra kamerorna och spektrometrarna ombord och väntade på att de skulle nå tillräckligt låga temperaturer så att vi kunde börja testa vart och ett av de 17 olika lägena som instrumenten kan fungera i.
NIRCam on Webb var det första instrumentet som gick online och hjälpte till att anpassa de 18 spegelsegmenten. Bild: NASA Goddard Space Center/Wikimedia Commons
2. Vad testade du först?
Kamerorna på Webb svalnade precis som ingenjörerna förutspådde, och det första instrumentet som teamet slog på var Near Infrared Camera – eller NIRCam. NIRCam är designat för att studera det svaga infraröda ljuset som produceras av de äldsta stjärnorna eller galaxerna i universum. Men innan det kunde göra det, var NIRCam tvungen att hjälpa till att anpassa de 18 enskilda segmenten av Webbs spegel.
När NIRCam svalnade till minus 280 F var det tillräckligt kallt för att börja detektera ljus som reflekterades från Webbs spegelsegment och producera teleskopets första bilder. NIRCam-teamet var extatiska när den första ljusbilden kom. Vi var i affärer!
Dessa bilder visade att spegelsegmenten alla pekade mot ett relativt litet område på himlen, och inriktningen var mycket bättre än de värsta scenarierna vi hade planerat för.
Webbs Fine Guidance Sensor togs också i drift vid denna tidpunkt. Den här sensorn hjälper till att hålla teleskopet stadigt riktat mot ett mål – ungefär som bildstabilisering i digitala konsumentkameror. Genom att använda stjärnan HD84800 som referenspunkt hjälpte mina kollegor i NIRCam-teamet till att justera spegelsegmenten tills det var praktiskt taget perfekt, mycket bättre än det minimum som krävs för ett framgångsrikt uppdrag.
3. Vilka sensorer kom till liv härnäst?
När spegelinriktningen avslutades den 11 mars avslutade Near Infrared Spectrograph – NIRSpec – och Near Infrared Imager och Slitless Spectrograph – NIRISS – att svalna och gick med i festen.
NIRSpec är utformad för att mäta styrkan hos olika våglängder av ljus som kommer från ett mål. Denna information kan avslöja sammansättningen och temperaturen hos avlägsna stjärnor och galaxer. NIRSpec gör detta genom att titta på sitt målobjekt genom en slits som håller annat ljus ute.
NIRSpec har flera slitsar som gör att den kan titta på 100 objekt samtidigt. Teammedlemmar började med att testa läget för flera mål, beordrade slitsarna att öppna och stänga, och de bekräftade att slitsarna svarade korrekt på kommandon. Framtida steg kommer att mäta exakt var slitsarna pekar och kontrollera att flera mål kan observeras samtidigt.
NIRISS är en spaltfri spektrograf som också kommer att bryta ljus i sina olika våglängder, men den är bättre på att observera alla objekt i ett fält, inte bara de på spalter. Den har flera lägen, inklusive två som är utformade speciellt för att studera exoplaneter särskilt nära deras moderstjärnor.
Hittills har instrumentkontrollerna och kalibreringarna fortskridit smidigt, och resultaten visar att både NIRSpec och NIRISS kommer att leverera ännu bättre data än ingenjörer förutspådde före lanseringen.
MIRI-kameran, bilden till höger, låter astronomer se genom dammmoln med otrolig skärpa jämfört med tidigare teleskop som Spitzer Space Telescope, som producerade bilden till vänster. Bild: NASA/JPL-Caltech (vänster), NASA/ESA/CSA/STScI (höger)/Flickr
4. Vilket instrument slogs senast på?
Det sista instrumentet att starta upp på Webb var Mid-Infrared Instrument, eller MIRI. MIRI är designat för att ta bilder av avlägsna eller nybildade galaxer såväl som svaga, små föremål som asteroider. Denna sensor känner av de längsta våglängderna av Webbs instrument och måste hållas vid minus 449 F – bara 11 grader F över absoluta nollpunkten. Om det vore något varmare skulle detektorerna bara ta upp värmen från själva instrumentet, inte de intressanta föremålen ute i rymden. MIRI har ett eget kylsystem som behövde extra tid för att bli fullt funktionsdugligt innan instrumentet kunde slås på.
Radioastronomer har hittat antydningar om att det finns galaxer helt dolda av damm och oupptäckbara av teleskop som Hubble som fångar våglängder av ljus som liknar de som är synliga för det mänskliga ögat. De extremt kalla temperaturerna gör att MIRI är otroligt känsligt för ljus i det mellaninfraröda området som lättare kan passera genom damm. När denna känslighet kombineras med Webbs stora spegel, tillåter det MIRI att penetrera dessa dammmoln och avslöja stjärnorna och strukturerna i sådana galaxer för första gången.
5. Vad händer härnäst för Webb?
Från och med den 15 juni 2022 är alla Webbs instrument på och har tagit sina första bilder. Dessutom har fyra avbildningslägen, tre tidsserielägen och tre spektroskopiska lägen testats och certifierats, vilket har bara tre kvar.
Den 12 juli planerar NASA att släppa en serie teaserobservationer som illustrerar Webbs kapacitet. Dessa kommer att visa skönheten i Webb-bilder och även ge astronomer en riktig smak av kvaliteten på data de kommer att få.
Efter den 12 juli börjar rymdteleskopet James Webb att fungera heltid på sitt vetenskapsuppdrag. Det detaljerade schemat för det kommande året har ännu inte släppts, men astronomer över hela världen väntar ivrigt på att få tillbaka de första data från det kraftfullaste rymdteleskopet som någonsin byggts.
Den här artikeln med Marcia Rieke, Regents Professor of Astronomy, University of Arizona. återpubliceras från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.
