جیمز وب

 شروع عملیات غیر ممکن !

 

بی شک مهیج ترین دستاورد قرن حاضر تکمیل و فرستادن تلسکوپ جیمز وب به فضا می باشد . تلسکوپی که حداقل 100 برابر هابل توانایی دارد و تمام انجمن های علمی جهان منتظر اولین تصاویر ارسالی آن هستند .

از گذشته های دور شروع منشا حیات و جهان هستی سوالی بوده که ذهن دانشمندان و حتی افراد علاقمند را بخود جلب کرده است. با نگاه کردن به اعماق آسمان میتوان به گذشته و شاید خاستگاه جهان هستی پی برد !

جیمز وب بهترین ابزار برای حل کردن معماهایی هست که نشان درگذشته های بسیار دور داشته و در حال حاضر بهترین زمان برای یافتن پاسخ سوالات ما میباشد.

تعریف اولیه از جیمز وب

تلسکوپ فضایی جیمز وب بزرگترین، قوی ترین و پیچیده ترین تلسکوپ علمی فضایی جهان است که تا به حال ساخته شده است. این تلسکوپ اسراری از منظومه شمسی را برای ما حل خواهد کرد که مدت هاست به دنبال پاسخ آنها هستیم . به جهان های دوردست در اطراف ستاره های دیگر نگاه کرده و ساختارها و منشاء اسرارآمیز جهان و مکان ما را در این فضای بیکران بررسی می نماید . وب یک پروژه بین المللی است که توسط ناسا با شرکای خود، ESA (آژانس فضایی اروپا) و آژانس فضایی کانادا هدایت می شود .

تیمی از مهندسان و دانشمندان از بال هوا فضا، موسسه علمی تلسکوپ فضایی و مرکز پرواز فضایی گودارد ناسا اکنون با استفاده از داده‌های گرفته شده توسط NIRCam  برای تراز کردن تدریجی تلسکوپ از آن استفاده خواهند کرد .

NIRCam : ابزاری روی تلسکوپ فضایی جیمز وب است که دو وظیفه اصلی دارد ، یکی به عنوان تصویربرداری از طول موج 0.6 تا 5 میکرون و دیگری به عنوان یک سنسور برای حفظ عملکرد آینه های 18 گانه به عنوان یک آیینه واحد .

آماده سازی اولیه تلسکوپ جیمز وب

این تیم الگوریتم های کاری تلسکوپ را با استفاده از آزمایش های مختلف انجام شده در طی مراحل آزمایش و ساخت جیمز وب طراحی کرده است . آنها بارها این فرآیند را شبیه سازی و تمرین کرده اند و اکنون آماده انجام این کار با وب هستند. این فرآیند طی سه ماه آینده در هفت مرحله انجام خواهد شد تا تلسکوپ کاملاً هم تراز و آماده برای شروع به کار خود  بشود . تصاویری که وب در طی دوره آماده سازی بگیرد ، تصاویری «زیبا» نخواهند بود!!

برای تنظیم و آماده سازی آیینه های تلسکوپ باید  تمام آنها با دقت بسیار بالا تنظیم گردند تا به عنوان یک آیینه متحد هماهنگ شوند . 18 بخش آینه اصلی تلسکوپ باید با کسری از طول موج نور – تقریباً 50 نانومتر – مطابقت داشته باشند . برای درک بهتر این موضوع ، باید گفت اگر آینه اصلی وب به اندازه ایالات متحده باشد ,  هر بخش به اندازه ایالت تگزاس خواهد بود و تیم باید ارتفاع آن بخش‌های به اندازه تگزاس را با یکدیگر به دقت حدود 1.5 اینچ تنظیم نماید .

با تکمیل استقرار کامل آینه های جمیز وب ، تیم کنترل مراحل متعددی را برای آماده‌سازی و کالیبره کردن تلسکوپ خود آغاز کرده است. فرآیند راه اندازی تلسکوپ بسیار طولانی تر از تلسکوپ های فضایی قبلی خواهد بود زیرا آینه اصلی وب از 18 بخش آینه مجزا تشکیل شده است که باید به عنوان یک سطح نوری با دقت بالا با هم کار کنند.

 

مراحل فرآیند راه اندازی جیمز وب عبارتند از:

1. شناسایی تصویر
2. تراز تصویر گرفته شده
3. چیدمان تصویر
4. فازبندی درشت
5. فازبندی خوب
6. تراز تلسکوپ بر روی میدان دید ابزار
7. تکرار تراز برای تصحیح نهایی

شناسایی تصویر

در اولین مرحله باید تلسکوپ را نسبت به فضاپیما تراز کنیم . این فضاپیما قادر است با استفاده از “ردیاب های ستاره ای” حرکت های اشاره ای بسیار دقیقی انجام دهد. ردیاب های ستاره ای را به عنوان یک GPS برای فضاپیماها در نظر بگیرید .در حالت طبیعی موقعیت فضاپیما از ردیاب های ستاره با موقعیت هر یک از بخش های آینه مطابقت ندارد.

مهندسان تلسکوپ را به سمت یک ستاره درخشان و منزوی که انتخاب کرده اند(HD 84406) نشانه می‌گیرند تا مجموعه‌ای از عکس‌ها را تهیه کنند سپس این عکس ها  به هم متصل شده تا تصویری از آن قسمت آسمان که در اینجا ( HD 84406)  می باشد به دست بیاید . توچه داشته باشید که ما فقط یک آینه نداریم که به این ستاره نگاه کند. ما 18 آینه داریم که هر کدام در ابتدا به سمت قسمت متفاوتی از آسمان متمایل شده اند. در نتیجه، ما در واقع 18تصویر  با اندکی جابه‌جایی از ستاره را خواهیم داشت که هر کدام خارج از فوکوس و به‌طور منحصربه‌فردی تعریف شده‌اند . در واقع، بسته به موقعیت شروع آینه ها، ممکن است چندین بار گرفتن تصاویر تکرار شود تا همه 18 بخش در یک نقطه مشخص قرار گیرند .

تراز تصویر گرفته شده

بعد از انجام مرحله اول تمام آیینه های 18 گانه را جابه‌جا می‌کنند تا مشخص شود کدام بخش تصویر مورد نظر را ایجاد می‌کند. پس از تطبیق بخش‌های آینه با تصاویر مربوطه، می‌توانیم آینه‌ها را کج کنیم تا همه تصاویر را برای تحلیل بیشتر به یک نقطه مشترک نزدیک کنیم.

بعد از اینکه آرایه تصویر آماده شد ، می‌توانیم Segment Alignment را انجام دهیم که اکثر خطاهای موقعیت‌یابی بزرگ بخش‌های آینه را تصحیح می‌کند.

 

 

با حرکت دادن مقدار خیلی جزیی آینه ثانویه، تصاویر گرفته شده از فوکوس خارج خواهند شد . این کار با تجزیه و تحلیل ریاضی، که بازیابی فاز نامیده می شود، بر روی تصاویر بدون فوکوس اعمال می شود تا خطاهای موقعیت یابی دقیق بخش ها را تعیین کند . سپس تنظیمات بخش ها منجر به 18 تلسکوپ با تصحیح و دقت خوب می شود. با این حال، بخش ها هنوز به عنوان یک آینه با هم کار نمی کنند .

 

چیدمان تصویر

برای قرار دادن تمام نور در یک مکان واحد، هر قطعه تصویر باید روی هم چیده شود. در مرحله Image Stacking، تصاویر بخش های جداگانه را به گونه ای جابجا می کنند که دقیقاً در مرکز میدان بیفتند تا یک تصویر یکپارچه ایجاد شود. این فرآیند تلسکوپ را برای فازبندی درشت آماده می کند.

انباشتگی به صورت متوالی در سه گروه (بخش A، بخش B و بخش C)  مطابق شکل زیر انجام می شود.

 

 

• پانل اول: موزاییک تصویر اولیه
• پانل دوم: بخش های A روی هم چیده شده اند
• پانل سوم: بخش های A,B انباشته شده اند
• پانل چهارم: بخش های A-، B- و C انباشته شده اند.

فاز بندی درشت

اگرچه جمع شدن تصویر تمام نور را در یک مکان روی آشکارساز قرار می دهد، این بخش ها همچنان به جای یک تلسکوپ بزرگ به عنوان 18 تلسکوپ کوچک عمل می کنند. قطعات باید با دقتی کمتر از طول موج نور با یکدیگر هماهنگ باشند .

فاز درشت که سه بار در طول فرآیند راه اندازی انجام می شود، جابجایی عمودی بخش های آینه را اندازه گیری و تصحیح می کند. با استفاده از فناوری موسوم به Dispersed Fringe Sensing،  از NIRCam برای گرفتن طیف نور از 20 جفت جدا از بخش های آینه استفاده می شود.

 

در این شبیه سازی، الگوهای “قطب باربر” توسط سنسور حاشیه پراکنده ایجاد می شود که نشان دهنده خطای بزرگ پیستون (بالا) یا خطای کوچک پیستون (پایین) است.

فاز بندی خوب

فاز بندی خوب نیز سه بار، مستقیماً پس از هر دور فازسازی درشت، و سپس به طور معمول در طول عمر جیمز وب انجام خواهد شد . این عملیات، خطاهای تراز باقیمانده را با استفاده از همان روش اعمال شده در طول تراز بخش، اندازه گیری و تصحیح خواهد کرد . با این حال، به جای استفاده از آینه ثانویه، ما از عناصر نوری ویژه در داخل ابزار علمی استفاده می کنیم که مقادیر مختلفی از فوکوس را برای هر تصویر معرفی می کند (-8، -4، +4، و +8 امواج فوکوس).

 

تصاویر (بالا) فوکوس‌زدایی را نشان می‌دهند که به یک تلسکوپ تقریباً هم‌تراز ارائه شده است. تجزیه و تحلیل (پایین) خطاهای مربوط به هر بخش تلسکوپ را نشان می دهد. بخش هایی با رنگ های بسیار روشن یا تیره نیاز به اصلاحات بیشتری دارند.

تراز تلسکوپ جیمز وب بر روی میدان دید ابزار

پس از فاز دقیق، تلسکوپ  در یک مکان در میدان دید NIRCam قرار می گیرد. اکنون باید تراز  به بقیه سیستم تلیسکوپ گسترش یابد .

در این مرحله از فرآیند راه‌اندازی، اندازه‌گیری‌هایی را در مکان‌های متعدد در هر یک از ابزارهای علمی انجام می دهند . همانطور که در زیر نشان داده شده است. تنوع بیشتر در شدت نشان دهنده خطاهای بزرگتر در آن نقطه میدان است.

تکرار تراز برای تصحیح نهایی جیمز وب

پس از اعمال تصحیح میدان دید، نکته کلیدی که باید به آن پرداخته شود، حذف هر گونه خطای کوچک و باقیمانده در موقعیت یابی در بخش های آینه اولیه است.  با استفاده از فرآیند Fine Phasing اندازه گیری و اصلاح نهایی صورت می گیرد .  بررسی نهایی کیفیت تصویر در هر یک از ابزارهای تلسکوپ انجام خواهد شد . پس از تأیید این امر، فرآیند سنجش و کنترل کامل خواهد شد . همانطور که هفت مرحله را طی می کنیم، ممکن است متوجه شویم که باید مراحل قبلی را نیز تکرار کنیم. پس از تقریباً سه ماه از تراز کردن تلسکوپ، زمان دریافت بهترین تصویر از گذشته های بسیار دور فراهم خواهد بود.