✖


Jump to content

NIRSpec

Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона
Инструмент NIRSpec в чистом помещении Astrium в Оттобрунне, Германия
Тип миссии Астрономия
Оператор ЕКА при участии НАСА
Веб-сайт ЕКА Европы
Астриум Германия
НАСА США
Продолжительность миссии 5 лет (дизайн)
10 лет (цель)
Свойства космического корабля
Производитель звезд
Стартовая масса 196 кг (432 фунта) [1]
Начало миссии
Дата запуска 25 декабря 2021 г.
Ракета В рамках JWST на борту Ariane 5
Запуск сайта Куру ELA-3
Подрядчик Арианспейс
Главный телескоп
Тип Спектрограф
Длины волн От 0,6 мкм ( оранжевый ) до 5,0 мкм ( ближний инфракрасный диапазон )

NIRSpec космическом ( спектрограф ближнего инфракрасного диапазона ) — один из четырех научных инструментов, установленных на телескопе Джеймса Уэбба (JWST). [2] JWST является продолжением космического телескопа Хаббла (HST) и предназначен для получения дополнительной информации о происхождении Вселенной путем наблюдения за инфракрасным светом первых звезд и галактик. По сравнению с HST, его инструменты позволят заглянуть дальше в прошлое и изучить так называемые Темные века, во время которых Вселенная была непрозрачной, примерно через 150–800 миллионов лет после Большого взрыва .

Прибор NIRSpec представляет собой многообъектный спектрограф и способен одновременно измерять ближний инфракрасный спектр до 100 объектов, таких как звезды или галактики, с низким, средним и высоким спектральным разрешением. Наблюдения проводятся в 3 угловых минуты поле зрения × 3 угловых минуты в диапазоне длин волн от 0,6 мкм до 5,0 мкм. Он также оснащен набором щелей и апертурой для высококонтрастной спектроскопии отдельных источников, а также блоком интегрального поля (IFU) для 3D- спектроскопии . [3] Инструмент является вкладом Европейского космического агентства (ЕКА) и создан компанией Astrium совместно с группой европейских субподрядчиков. [4]

Обзор

[ редактировать ]
Инфографика инструментов JWST и их диапазонов наблюдения света по длинам волн

космического телескопа Джеймса Уэбба являются: Основными научными темами [5]

Прибор NIRSpec работает при температуре -235 ° C и пассивно охлаждается радиаторами холодного пространства , которые установлены на интегрированном модуле научных приборов JWST (ISIM). Радиаторы подключаются к NIRSpec с помощью теплопроводящих терморемешков. Крепления зеркал и опорная пластина оптической скамьи изготовлены из карбидокремниевой керамики SiC100. Размер инструмента составляет примерно 1900 × 1400 × 700 мм , а вес — 196 кг (432 фунта), включая 100 кг карбида кремния. Работа прибора осуществляется с помощью трех электронных ящиков.

Калибровочная сборка, один из компонентов NIRSpec, в Университетском колледже Лондона до интеграции.

NIRSpec включает в себя 4 механизма:

  • Фильтрующий диск в сборе (FWA) — 8 позиций, содержит 4 длиннопроходных фильтра для науки, 2 широкополосных фильтра для обнаружения цели, одно закрытое и одно открытое положение.
  • Сборка механизма перефокусировки (RMA) - с двумя зеркалами для перефокусировки инструмента.
  • узел микрозатвора (MSA) - для многообъектной спектроскопии, но также имеет фиксированные щели и апертуру IFU.
  • Сборка решетчатого колеса (GWA) - 8 позиций, несущая 6 решеток и одну призму для науки и одно зеркало для обнаружения цели.

Дальнейший NIRSpec включает в себя две электрооптические сборки:

  • Калибровочная сборка (САА) – 11 источников освещения и интегрирующая сфера; для внутренней спектральной калибровки прибора и калибровки по плоскому полю
  • Сборка фокальной плоскости (FPA) – включает в себя фокальную плоскость, состоящую из двух сборок сенсорных чипов.

И, наконец, срез изображения Integral Field Unit (IFU), используемый в режиме IFU прибора.

Оптический тракт представлен следующими карбидокремниевыми зеркальными сборками:

  • узел соединительной оптики, который объединяет свет телескопа JWST в NIRSpec.
  • Fore Optics TMA (FOR) - который обеспечивает промежуточную фокальную плоскость для MSA.
  • Коллиматорная оптика ТМА (COL) – коллимирует свет на дисперсионный элемент решетчатого колеса.
  • Оптика камеры TMA (CAM) - которая окончательно отображает спектры на детекторе.

Научные цели

[ редактировать ]
  • Конец Темных веков – первый свет и повторная ионизация : [3] Спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона (NIRS) со спектральным разрешением около 100 и 1000 для изучения первых источников света (звезд, галактик и активных ядер), отмечающих начало фазы реионизации Вселенной, которая, как полагают, происходит между красными смещениями. 15–14 и 6. [6]
  • Сборка галактик : [3] Многообъектные спектроскопические наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне (диапазон красного смещения обычно от 1 до 7) со спектральным разрешением около 1000, наблюдение большого количества галактик и NIRS с пространственным разрешением со спектральным разрешением около 1000 и 3000 для проведения детальных исследований меньших галактик. количество объектов.
  • Рождение звезд и планетных систем : [3] Высококонтрастная щелевая спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне со спектральным разрешением от 100 до нескольких тысяч для получения более полного представления о формировании и эволюции звезд и их планетных систем.
  • Планетные системы и происхождение жизни . [3] Чтобы наблюдать различные компоненты Солнечной системы (от планет и спутников до комет и объектов пояса Койпера , а также внесолнечных планетных систем, используются высококонтрастные NIRS с пространственным разрешением со средним и высоким спектральным разрешением при сохранении высоких относительных спектральных характеристик). требуется фотометрическая стабильность.

Режимы работы

[ редактировать ]
Основной принцип многообъектной спектроскопии

Для достижения научных целей NIRSpec имеет четыре режима работы: [3]

Многообъектная спектроскопия (МОП) В MOS общее поле зрения прибора размером 3 × 3 угловых минуты покрывается с помощью 4 массивов программируемых щелевых масок. Эти программируемые щелевые маски состоят из 250 000 микрозатворов, каждый из которых можно индивидуально запрограммировать на «открытие» или «закрытие». Контраст между «открытым» и «закрытым» затвором лучше 1:2000. [7] Если объект, например, галактику, поместить в «открытый» затвор, спектры света, излучаемого объектом, могут быть рассеяны и отображены на плоскости детектора.В этом режиме одновременно можно наблюдать до 100 объектов и измерять спектры.

Режим интегрального полевого устройства (IFU) Интегральная полевая спектрометрия в первую очередь будет использоваться для исследования больших и протяженных объектов, таких как галактики. В этом режиме поле зрения размером 3 × 3 угловых секунды разбивается на полосы по 0,1 угловой секунды, которые затем преобразуются в длинную щель. Это позволяет получать спектры больших сцен с пространственным разрешением и может использоваться для измерения скорости и направления движения внутри протяженного объекта.Поскольку измеренные спектры в режиме IFU будут перекрываться со спектрами в режиме МОП, их нельзя использовать параллельно.

Высококонтрастная щелевая спектроскопия (СЛИТ)

Доступен набор из 5 фиксированных щелей для проведения высококонтрастных спектроскопических наблюдений, которые, например, необходимы для спектроскопических наблюдений транзитных внесолнечных планет. Из пяти фиксированных щелей три имеют ширину 0,2 угловой секунды, одна — 0,4 угловой секунды и одна — квадратная апертура 1,6 угловой секунды.Режим SLIT можно использовать одновременно с режимами MOS или IFU.

Режим визуализации (IMA)

Режим визуализации используется только для захвата цели . В этом режиме на оптическом пути не размещается дисперсионный элемент, и любые объекты отображаются непосредственно на детекторе. Поскольку матрица микрозатворов, находящаяся в промежуточном фокальном плане прибора, отображается параллельно, можно расположить обсерваторию JWST так, чтобы любые наблюдаемые объекты падали непосредственно в центр открытых ставней (режим MOS), апертура IFU (режим IFU) или щели (режим SLIT).

Параметры производительности

[ редактировать ]

Ключевые параметры производительности NIRSpec: [3] [4] [8]

ПАРАМЕТР ЦЕНИТЬ
Диапазон длин волн 0,6 мкм – 5,0 мкм
При работе в режиме R=1000 и R=2700 разделение на три спектральных диапазона:
1,0–1,8 мкм Диапазон I
1,7–3,0 мкм Диапазон II
2,9–5,0 мкм Диапазон III
Поле зрения 3 × 3 угловых минуты
Спектральное разрешение Р = 100 (МОС)
R = 1000 (МОП + фиксированные щели)
R = 2700 (фиксированные прорези + IFU)
Количество похвальных открытых/закрытых щелей спектрометра Технология MEMS, основанная на матрицах микрозатворов с 4 x 365 × 171 = 250 000 отдельных затворов, каждый из которых имеет размер 80 мкм × 180 мкм.
Детектор 2 сборки сенсорных чипов MCT (SCA) по 2048 × 2048 пикселей каждый. Шаг пикселя = 18 мкм × 18 мкм
Ошибка волнового фронта, включая телескоп Дифракция ограничена 2,45 мкм на MSA: WFE = 185 нм RMS (Штрель = 0,80).
Дифракция ограничена длиной волны 3,17 мкм при FPA: WFE = 238 нм RMS (Штреля = 0,80).
Ограничение чувствительности * В режиме R = 1000, используя один затвор шириной 200 мс или фиксированную щель, NIRSpec сможет измерять поток в неразрешенной линии излучения 5,2 × 10. −22 Втм −2 от точечного источника на наблюдаемой длине волны 2 мкм при SNR = 10 на элемент разрешения при общей экспозиции 10 5 с или меньше
* В режиме R = 100, используя один затвор шириной 200 мс или фиксированную щель, NIRSpec сможет измерять непрерывный поток 1,2 × 10 −33 Втм −2 Гц −1 от точечного источника на наблюдаемой длине волны 3 мкм при SNR = 10 на элемент разрешения при общей экспозиции 10 4 с или меньше
Оптический конверт NIRSpec Примерно 1900 мм × 1400 мм × 700 мм
Масса инструмента 195 кг (430 фунтов) с деталями из карбида кремния массой около 100 кг. Электронные коробки: 30,5 кг (67 фунтов).
Рабочая температура 38 К (-235,2 ° C; -391,3 ° F)

.

Промышленные партнеры

[ редактировать ]

NIRSpec был построен компанией Astrium Germany при участии субподрядчиков и партнеров, расположенных по всей Европе, а также при участии НАСА из США, которые предоставили подсистему детектора и узел микрозатвора.

Промышленные партнеры NIRSpec

Индивидуальными субподрядчиками и их соответствующим вкладом были: [9]

  • APCO Technologies SA – Механическое наземное оборудование и кинематические крепления
  • Astrium CASA Espacio – Ремень для оптических инструментов
  • Astrium CRISA – электроника и программное обеспечение для управления приборами
  • Astrium SAS – инженерная поддержка карбида кремния (SiC)
  • Astrophysicallisches Institut Potsdam (AIP) – Программное обеспечение для быстрого просмотра, анализа и калибровки приборов
  • Boostec – Производство зеркал и конструкций из карбида кремния
  • Кассидианская оптика:
    • Фильтрующее колесо в сборе
    • Решетчатое колесо в сборе
  • Лионский центр астрофизических исследований (CRAL) – Симулятор производительности приборов
  • Европейское космическое агентство (ЕКА) – заказчик NIRSpec
  • Iberespacio – Крышка оптического узла
  • Industrieanlagen-betriebsgesellschaft mbH (IABG) – Оборудование для испытаний приборов
  • Лаборатория космических наук Малларда (MSSL):
    • Калибровочная сборка
    • Оптическое наземное вспомогательное оборудование (датчик Шака-Хартмана, источник калибровочного света)
  • Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) – изделия, поставляемые заказчиком:
    • Подсистема детектора
    • Подсистема микрозатвора
  • Sagem – полировка и сборка зеркал, интеграция и тестирование
  • Selex Galileo – механизм перефокусировки
  • Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) – Интегральное полевое подразделение
  • Терма – Электрическое наземное оборудование (система обработки данных)

Изображения

[ редактировать ]
Многообъектная спектроскопия (МОП)
  • NIRSpec в многообъектном режиме. На изображении показаны спектры калибровочной лампы спектральных линий (типа Фабри-Перо), отображаемые на двух сборках сенсорных чипов детектора (SCA).
    NIRSpec в многообъектном режиме. На изображении показаны спектры калибровочной лампы спектральных линий (типа Фабри-Перо), отображаемые на двух сборках сенсорных чипов детектора (SCA).
  • Микрозатвор крупным планом
    Микрозатвор крупным планом
  • Массивы микрозатворов NIRSpec
    Массивы микрозатворов NIRSpec
Интегральное полевое подразделение
  • NIRSpec в режиме IFU. На изображении показаны спектры калибровочной лампы спектральных линий (типа Фабри-Перо), отображаемые на двух детекторах SCA.
    NIRSpec в режиме IFU. На изображении показаны спектры калибровочной лампы спектральных линий (типа Фабри-Перо), отображаемые на двух детекторах SCA.
  • Основной принцип интегральной полевой спектроскопии
    Основной принцип интегральной полевой спектроскопии
  • Вид NIRSpec CAD с основными сборками
    Вид NIRSpec CAD с основными сборками
  • NIRSpec и оптический путь
    NIRSpec и оптический путь

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ «Извлечение информации из звездного света» . НАСА . 30 марта 2010 г. Проверено 9 апреля 2014 г.
  2. ^ Теплица, М. (2013). МакИвен, Ховард А; Брекинридж, Джеймс Б. (ред.). «Полезная нагрузка научного прибора JWST: контекст и статус миссии». Труды SPIE . Космические телескопы и приборы УФ/оптики/ИК: инновационные технологии и концепции VI. 8860 : 886004. Бибкод : 2013SPIE.8860E..04G . дои : 10.1117/12.2023366 . S2CID   173183643 .
  3. ^ Jump up to: а б с д и ж г Ферруит, П.; и др. (2012). Клэмпин, Марк С; Фацио, Джованни Дж; МакИвен, Ховард А; Ошманн, Якобус М. (ред.). «Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона JWST NIRSpec: статус». Труды SPIE . Космические телескопы и приборы 2012: оптические, инфракрасные и миллиметровые волны. 8442 : 84422О. Бибкод : 2012SPIE.8442E..2OF . дои : 10.1117/12.925810 . S2CID   123316716 .
  4. ^ Jump up to: а б «Наука и технологии ЕКА: NIRSpec - спектрограф ближнего инфракрасного диапазона на JWST» . Sci.esa.int. 06 сентября 2013 г. Проверено 13 декабря 2013 г.
  5. ^ «Космический телескоп Джеймса Уэбба» . Jwst.nasa.gov . Проверено 20 января 2015 г.
  6. ^ Заруби, Салим (2013). «Эпоха реионизации». Первые галактики . Библиотека астрофизики и космических наук. Том. 396. стр. 45–101. arXiv : 1206.0267 . дои : 10.1007/978-3-642-32362-1_2 . ISBN  978-3-642-32361-4 . S2CID   58931662 .
  7. ^ Кутырев А.С.; и др. (2008). Ошманн-младший, Якобус М; Де Граау, Маттеус В.М.; МакИвен, Ховард А. (ред.). «Массивы микрозатворов: высококонтрастные программируемые маски полей для JWST NIRSpec» . Труды SPIE . Космические телескопы и приборы 2008: оптические, инфракрасные и миллиметровые. 7010 : 70103D. Бибкод : 2008SPIE.7010E..3DK . дои : 10.1117/12.790192 . S2CID   106493827 .
  8. ^ Посселт, В.; и др. (2004). Мэзер, Джон С. (ред.). «NIRSpec - Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона для JWST». Труды SPIE . Оптические, инфракрасные и миллиметровые космические телескопы. 5487 : 688–697. Бибкод : 2004SPIE.5487..688P . дои : 10.1117/12.555659 . S2CID   121365299 .
  9. ^ «Пресс-конференция JWST NIRSpec». Astrium GmbH, Оттобрунн. 2013.
[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=NIRSpec&oldid=1224205343"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 4224df497e7164c940133034c9463c30__1715885460
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/42/30/4224df497e7164c940133034c9463c30.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
NIRSpec - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)