詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)如何捕捉到DART任務(wù)飛船撞向小行星
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（神秘的詹姆捉到撞地球uux.cn）據(jù)美國宇航局（By Thaddeus Cesari）：9月，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀察到美國宇航局的斯韋雙小行星重定向測試(DART)故意將一艘飛船撞向一顆小行星，這是伯太世界上首次在太空進(jìn)行的行星防御測試。今天，空望我們來聽聽美國國家航空航天局戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)行星科學(xué)的遠(yuǎn)鏡韋伯副項(xiàng)目科學(xué)家斯蒂芬妮·米拉姆講述韋伯團(tuán)隊(duì)是如何捕捉到這些獨(dú)一無二的觀測結(jié)果的。
為了觀測NASA的團(tuán)隊(duì)DART任務(wù)撞擊事件，Webb不得不超出其要求和測試的何捕觀測能力。在發(fā)射之前，任務(wù)天文學(xué)家計(jì)劃用韋伯觀察太陽系物體，飛船這意味著它被設(shè)計(jì)用來跟蹤相對于宇宙中的小行星恒星和星系移動的目標(biāo)。由于Webb是詹姆捉到撞一個大型船形天文臺，其大型遮陽罩和突出的斯韋鏡子像帆船一樣豎立在頂部，這被認(rèn)為是伯太一個挑戰(zhàn)，我們希望在發(fā)射前進(jìn)行模擬，空望并在試運(yùn)行期間進(jìn)行嚴(yán)格測試。遠(yuǎn)鏡我們必須確保我們能夠以指向固定目標(biāo)時同樣的精度跟蹤這些移動的物體。一般來說，使用一種稱為精細(xì)制導(dǎo)傳感器(FGS)的特殊相機(jī)，韋伯鎖定一個所謂的引導(dǎo)星，以保持非常精確地指向目標(biāo)。移動目標(biāo)觀測是通過在FGS視場內(nèi)以移動目標(biāo)的精確速率移動引導(dǎo)星來執(zhí)行的。這確保了科學(xué)目標(biāo)在指定的科學(xué)儀器中保持靜止。這當(dāng)然也意味著恒星和星系的背景場在移動的目標(biāo)圖像中漂移，就像拍一張賽車的照片，同時將背景觀眾變成一個條紋模糊。
DART撞擊前的一系列Webb NIRCam觀測(濾波器:F070W)。
美國東部時間9月26日下午7點(diǎn)14分，撞擊后五個小時。這些觀測的成功依賴于更快的運(yùn)動目標(biāo)跟蹤速率的實(shí)現(xiàn)。Image Credits: Science: NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); Joseph DePasquale (STScI)
我們與FGS團(tuán)隊(duì)和天文臺飛行軟件工程師一起努力工作，以確保天文臺的飛行前模擬展示了跟蹤能力，速度限制最初設(shè)置為火星的速度(每秒30毫弧秒或17小時內(nèi)滿月的寬度！).韋伯以這個名義速度極限出發(fā)。但是太陽系科學(xué)家——特別是那些研究小行星、彗星和星際物體等快速移動的小天體的科學(xué)家——真的想觀察比火星移動更快的物體。當(dāng)然，當(dāng)這些物體遠(yuǎn)離地球和太陽，因此移動較慢時，我們可以觀察到它們，但這并不總是與它們最令人感興趣的時候一致，例如，當(dāng)彗星經(jīng)歷爆發(fā)時。
因此，我們不僅要證實(shí)韋伯在試運(yùn)行期間能夠以飛行前的速度極限進(jìn)行跟蹤，還要證明天文臺能夠以更快的速度進(jìn)行跟蹤。我們第一顆小行星6481丹增的速度很慢，只有每秒5毫弧秒(其他小行星是每秒18毫弧秒)。所有這些測試都很成功，我們證實(shí)了韋伯確實(shí)擅長以高達(dá)67 mas/s的速度追蹤移動物體(241ʺ/hr).
這對所有計(jì)劃使用韋伯的太陽系科學(xué)家來說是個好消息！
我們面臨的下一個挑戰(zhàn)是，在DART任務(wù)撞擊期間研究Didymos的保證時間觀測計(jì)劃(計(jì)劃1245，PI:北亞利桑那大學(xué)的Cristina Thomas)正在計(jì)劃中。項(xiàng)目協(xié)調(diào)員，太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的托尼·羅曼想在DART航天器(超過100 mas/s或360ʺ/hr)與Webb撞擊期間，嘗試與Webb一起跟蹤小行星。根據(jù)羅曼的說法，“如果跟蹤速度慢于迪迪莫斯的實(shí)際運(yùn)動速度，就會導(dǎo)致圖像模糊。如果我們能以迪迪莫斯的實(shí)際速度進(jìn)行追蹤，那就能充分利用這個獨(dú)一無二的機(jī)會。”這遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于我們試運(yùn)行以來的最快速度，但該項(xiàng)目確信我們應(yīng)該嘗試這一點(diǎn)，以支持另一項(xiàng)美國宇航局的任務(wù)，結(jié)合哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的同步觀測。在飛行模擬器上進(jìn)行了測試，以驗(yàn)證軟件和硬件能夠處理這些超快跟蹤速率。該系統(tǒng)被調(diào)整了幾次，以優(yōu)化性能，并確保我們可以跟蹤移動如此之快的物體。一旦被模擬器的結(jié)果所說服，我們計(jì)劃對航天器進(jìn)行一些工程測試，對近地小行星2010 DF1進(jìn)行兩次觀測，運(yùn)動速率分別為(324和396ʺ/hr).這是韋伯視野中最快、最亮的小行星，我們可以在接近飛鏢撞擊速度的情況下進(jìn)行測試。如果我們能成功追蹤這顆小行星，我們就能追蹤DART撞擊事件。在飛鏢撞擊迪莫爾福斯的前兩個星期，我們才完成了最后的測試。
韋伯的近紅外照相機(jī)(NIRCam)以90 mas/s的速度跟蹤小行星2010 DF1的一系列觀測結(jié)果(過濾器:F322W2)。這是9月9日的10張照片，總曝光時間為311秒。Image credit: Ian Wong (NASA-GSFC).
準(zhǔn)備了監(jiān)測災(zāi)難援助反應(yīng)隊(duì)影響的觀測數(shù)據(jù)，并上傳到天文臺；在預(yù)定的時間，就在撞擊之前，一系列的觀察開始執(zhí)行——并且是成功的。隨著數(shù)據(jù)流入檔案進(jìn)行分析，美國宇航局戈達(dá)德的Ian Wong完成了一項(xiàng)快速而徹底的分析，驗(yàn)證了超高速率是成功的！我們已經(jīng)證明，我們可以與韋布一起計(jì)劃像DART impact這樣的事件，并有漂亮的結(jié)果可以展示。在分析撞擊數(shù)據(jù)的同時，我們現(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn)，我們可以用韋伯望遠(yuǎn)鏡跟蹤和觀察超過100 mas/s (360ʺ/hr)的目標(biāo)。然而，我們可能不會經(jīng)常使用高利率。雖然取得了成功，但他們在計(jì)劃和安排方面仍面臨挑戰(zhàn)。在這樣的速度下，引導(dǎo)星只能在FGS視野內(nèi)停留很短的時間。這意味著我們將不得不使用多個引導(dǎo)星來支持更長時間的觀察，并且改變引導(dǎo)星會帶來復(fù)雜性和低效率。最后，為韋伯設(shè)定的新的速度限制現(xiàn)在是75 mas/s，以備將來觀測之用，但最高可達(dá)100 mas/s的速度可能需要特別許可。
–斯蒂芬妮·米拉姆，韋伯的行星科學(xué)副項(xiàng)目科學(xué)家，美國宇航局戈達(dá)德
為了觀測NASA的團(tuán)隊(duì)DART任務(wù)撞擊事件，Webb不得不超出其要求和測試的何捕觀測能力。在發(fā)射之前，任務(wù)天文學(xué)家計(jì)劃用韋伯觀察太陽系物體，飛船這意味著它被設(shè)計(jì)用來跟蹤相對于宇宙中的小行星恒星和星系移動的目標(biāo)。由于Webb是詹姆捉到撞一個大型船形天文臺，其大型遮陽罩和突出的斯韋鏡子像帆船一樣豎立在頂部，這被認(rèn)為是伯太一個挑戰(zhàn)，我們希望在發(fā)射前進(jìn)行模擬，空望并在試運(yùn)行期間進(jìn)行嚴(yán)格測試。遠(yuǎn)鏡我們必須確保我們能夠以指向固定目標(biāo)時同樣的精度跟蹤這些移動的物體。一般來說，使用一種稱為精細(xì)制導(dǎo)傳感器(FGS)的特殊相機(jī)，韋伯鎖定一個所謂的引導(dǎo)星，以保持非常精確地指向目標(biāo)。移動目標(biāo)觀測是通過在FGS視場內(nèi)以移動目標(biāo)的精確速率移動引導(dǎo)星來執(zhí)行的。這確保了科學(xué)目標(biāo)在指定的科學(xué)儀器中保持靜止。這當(dāng)然也意味著恒星和星系的背景場在移動的目標(biāo)圖像中漂移，就像拍一張賽車的照片，同時將背景觀眾變成一個條紋模糊。
DART撞擊前的一系列Webb NIRCam觀測(濾波器:F070W)。
美國東部時間9月26日下午7點(diǎn)14分，撞擊后五個小時。這些觀測的成功依賴于更快的運(yùn)動目標(biāo)跟蹤速率的實(shí)現(xiàn)。Image Credits: Science: NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); Joseph DePasquale (STScI)
我們與FGS團(tuán)隊(duì)和天文臺飛行軟件工程師一起努力工作，以確保天文臺的飛行前模擬展示了跟蹤能力，速度限制最初設(shè)置為火星的速度(每秒30毫弧秒或17小時內(nèi)滿月的寬度！).韋伯以這個名義速度極限出發(fā)。但是太陽系科學(xué)家——特別是那些研究小行星、彗星和星際物體等快速移動的小天體的科學(xué)家——真的想觀察比火星移動更快的物體。當(dāng)然，當(dāng)這些物體遠(yuǎn)離地球和太陽，因此移動較慢時，我們可以觀察到它們，但這并不總是與它們最令人感興趣的時候一致，例如，當(dāng)彗星經(jīng)歷爆發(fā)時。
因此，我們不僅要證實(shí)韋伯在試運(yùn)行期間能夠以飛行前的速度極限進(jìn)行跟蹤，還要證明天文臺能夠以更快的速度進(jìn)行跟蹤。我們第一顆小行星6481丹增的速度很慢，只有每秒5毫弧秒(其他小行星是每秒18毫弧秒)。所有這些測試都很成功，我們證實(shí)了韋伯確實(shí)擅長以高達(dá)67 mas/s的速度追蹤移動物體(241ʺ/hr).
這對所有計(jì)劃使用韋伯的太陽系科學(xué)家來說是個好消息！
我們面臨的下一個挑戰(zhàn)是，在DART任務(wù)撞擊期間研究Didymos的保證時間觀測計(jì)劃(計(jì)劃1245，PI:北亞利桑那大學(xué)的Cristina Thomas)正在計(jì)劃中。項(xiàng)目協(xié)調(diào)員，太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的托尼·羅曼想在DART航天器(超過100 mas/s或360ʺ/hr)與Webb撞擊期間，嘗試與Webb一起跟蹤小行星。根據(jù)羅曼的說法，“如果跟蹤速度慢于迪迪莫斯的實(shí)際運(yùn)動速度，就會導(dǎo)致圖像模糊。如果我們能以迪迪莫斯的實(shí)際速度進(jìn)行追蹤，那就能充分利用這個獨(dú)一無二的機(jī)會。”這遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于我們試運(yùn)行以來的最快速度，但該項(xiàng)目確信我們應(yīng)該嘗試這一點(diǎn)，以支持另一項(xiàng)美國宇航局的任務(wù)，結(jié)合哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的同步觀測。在飛行模擬器上進(jìn)行了測試，以驗(yàn)證軟件和硬件能夠處理這些超快跟蹤速率。該系統(tǒng)被調(diào)整了幾次，以優(yōu)化性能，并確保我們可以跟蹤移動如此之快的物體。一旦被模擬器的結(jié)果所說服，我們計(jì)劃對航天器進(jìn)行一些工程測試，對近地小行星2010 DF1進(jìn)行兩次觀測，運(yùn)動速率分別為(324和396ʺ/hr).這是韋伯視野中最快、最亮的小行星，我們可以在接近飛鏢撞擊速度的情況下進(jìn)行測試。如果我們能成功追蹤這顆小行星，我們就能追蹤DART撞擊事件。在飛鏢撞擊迪莫爾福斯的前兩個星期，我們才完成了最后的測試。
韋伯的近紅外照相機(jī)(NIRCam)以90 mas/s的速度跟蹤小行星2010 DF1的一系列觀測結(jié)果(過濾器:F322W2)。這是9月9日的10張照片，總曝光時間為311秒。Image credit: Ian Wong (NASA-GSFC).
準(zhǔn)備了監(jiān)測災(zāi)難援助反應(yīng)隊(duì)影響的觀測數(shù)據(jù)，并上傳到天文臺；在預(yù)定的時間，就在撞擊之前，一系列的觀察開始執(zhí)行——并且是成功的。隨著數(shù)據(jù)流入檔案進(jìn)行分析，美國宇航局戈達(dá)德的Ian Wong完成了一項(xiàng)快速而徹底的分析，驗(yàn)證了超高速率是成功的！我們已經(jīng)證明，我們可以與韋布一起計(jì)劃像DART impact這樣的事件，并有漂亮的結(jié)果可以展示。在分析撞擊數(shù)據(jù)的同時，我們現(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn)，我們可以用韋伯望遠(yuǎn)鏡跟蹤和觀察超過100 mas/s (360ʺ/hr)的目標(biāo)。然而，我們可能不會經(jīng)常使用高利率。雖然取得了成功，但他們在計(jì)劃和安排方面仍面臨挑戰(zhàn)。在這樣的速度下，引導(dǎo)星只能在FGS視野內(nèi)停留很短的時間。這意味著我們將不得不使用多個引導(dǎo)星來支持更長時間的觀察，并且改變引導(dǎo)星會帶來復(fù)雜性和低效率。最后，為韋伯設(shè)定的新的速度限制現(xiàn)在是75 mas/s，以備將來觀測之用，但最高可達(dá)100 mas/s的速度可能需要特別許可。
–斯蒂芬妮·米拉姆，韋伯的行星科學(xué)副項(xiàng)目科學(xué)家，美國宇航局戈達(dá)德