Zaostřili jsme vidění dalekohledu Jamese Webba na milion mil daleko. Zde je návod.
Po vánoční večeři v roce 2021 byla naše rodina přilepená k televizi a dívala se zahájení kousání nehtů z NASA10 miliard dolarů Vesmírný dalekohled Jamese Webba. Od té doby nedošlo v technologii dalekohledů k takovému skoku vpřed Hubble byla spuštěna v roce 1990.
Na cestě k nasazení musel Webb úspěšně navigovat 344 potenciálních bodů selhání. Naštěstí start proběhl lepší, než se očekávaloa konečně jsme mohli znovu dýchat.
Použili bychom Webbův režim s nejvyšším rozlišením, nazývaný interferometr maskování apertury nebo Zkrátka AMI. Je to maličký kousek precizně opracovaného kovu, do kterého se zasune jedna z kamer dalekohleduzvýšení jeho rozlišení.
Naše výsledky pečlivého testování a vylepšování AMI jsou nyní zveřejněny v archivu s otevřeným přístupem arXiv v páru papírů. Konečně můžeme představit jeho první úspěšná pozorování hvězd, planet, měsíců a dokonce i trysky černé díry.
Práce s nástrojem milion mil daleko
Hubble začal svůj život tím, že viděl neostře – jeho zrcadlo bylo vybroušeno přesně, ale nesprávně. Pohledem na známé hvězdy a porovnáním ideálních a naměřených snímků (přesně jako to dělají optometristé) bylo možné zjistit „recept“ na tuto optickou chybu a navrhnout čočku, která ji kompenzuje.
Požadovaná oprava sedm astronautů, kteří poletí nahoru na raketoplánu Endeavour v roce 1993 nainstalovat novou optiku. Hubble obíhá Zemi jen několik set mil nad povrchem a mohou se k němu dostat astronauti.
Naproti tomu Webb je zhruba 1 milion mil (1,5 milionu km) daleko – nemůžeme jej navštívit a opravit a musíme být schopni opravit problémy bez změny hardwaru.
Zde přichází na řadu AMI. Toto je jediný australský hardware na palubě, navržený společností astronom Peter Tuthill.
Byl umístěn na Webb, aby diagnostikoval a změřil jakékoli rozmazání na snímcích. Dokonce i nanometry zkreslení v 18 Webbových šestiúhelníkových primárních zrcadlech a mnoha vnitřních površích rozostřují snímky natolik, že brání studiu planet nebo černých děr, kde jsou citlivost a rozlišení klíčové.
AMI filtruje světlo pomocí pečlivě strukturovaného vzoru otvorů v jednoduché kovové desce, aby bylo mnohem snazší zjistit, zda existují nějaké optické nesouososti.
Lov rozmazaných pixelů
Chtěli jsme tento režim použít k pozorování míst narození planet a také materiálu nasávaného do černých děr. Ale ještě předtím AMI ukázalo, že Webb nefunguje úplně podle očekávání.
Při velmi jemném rozlišení – na úrovni jednotlivých pixelů – byly všechny obrázky mírně rozmazané kvůli elektronickému efektu: jasnější pixely prosakovaly do svých tmavších sousedů.
To není chyba ani vada, ale základní vlastnost infračervených kamer, která se pro Webba ukázala jako nečekaně závažná.
To byl průlom za vidění vzdálených planet mnohotisíckrát slabší než jejich hvězdy o pár pixelů dál: moji kolegové rychle ukázal že jeho limity byly více než desetkrát horší, než se doufalo.
Pustili jsme se tedy do nápravy.
Jak jsme zbystřili Webbův zrak
V nový papír vedená doktorandem University of Sydney Louis Desdoigtspodívali jsme se na hvězdy pomocí AMI, abychom se naučili a opravili optické a elektronické zkreslení současně.
Stavěli jsme počítačový model simulovat optickou fyziku AMI s flexibilitou, pokud jde o tvary zrcadel a otvorů ao barvy hvězd.
Propojili jsme to s modelem strojového učení, abychom reprezentovali elektroniku s „účinným modelem detektoru“ – kde nás zajímá pouze to, jak dobře dokáže reprodukovat data, ne proč.
Po trénování a ověření na některých testovacích hvězdách nám toto nastavení umožnilo vypočítat a vrátit zpět rozostření v jiných datech a obnovit AMI na plnou funkci. Nemění to, co Webb dělá v prostoru, ale spíše opravuje data během zpracování.
Krásně to fungovalo – hvězda HD 206893 hostí slabou planetu a nejčervenějšího známého hnědého trpaslíka (objekt mezi hvězdou a planetou). Byli známí, ale před aplikací této opravy byli pro Webba mimo dosah. Nyní se obě malé tečky jasně objevily v našich nových mapách systému.
Tato oprava otevřela dveře použití AMI k vyhledávání neznámých planet s dříve nemožným rozlišením a citlivostí.
Funguje nejen na tečky
V a doprovodný papír od University of Sydney Doktorand Max Charlesaplikovali jsme to na pozorování nejen bodů – i když tyto body jsou planety – ale vytváření komplexních obrázků v nejvyšším rozlišení vytvořeném pomocí Webb. Znovu jsme navštívili dobře prostudované cíle, které posouvají limity dalekohledu, a testovali jsme jeho výkon.
Díky nové korekci jsme zaostřili na Jupiterův měsíc Io a jasně jsme sledovali jeho sopky, jak rotuje v hodinovém časovém úseku.
Jak viděl AMI, výtrysk vypuštěný z černé díry ve středu galaxie NGC 1068 se velmi podobal snímky z mnohem větších dalekohledů.
Konečně AMI dokáže ostře rozlišit pás prachu kolem dvojice hvězd nazývaných WR 137, slabá sestřenice velkolepý systém Apepv souladu s teorií.
Kód vytvořený pro AMI je ukázkou pro mnohem složitější kamery na Webb a jeho navazující činnosti, Římský vesmírný dalekohled. Tyto nástroje vyžadují optickou kalibraci tak jemnou, že je to jen zlomek nanometru – mimo kapacitu jakýchkoli známých materiálů.
Naše práce ukazuje, že pokud dokážeme změřit, kontrolovat a korigovat materiály, se kterými musíme pracovat, stále můžeme doufat, že v odlehlých končinách naší galaxie najdeme planety podobné Zemi.
Tento upravený článek je znovu publikován z Konverzace pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.
