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詹姆斯韦伯寿命( 詹姆斯·韦伯太空望远镜正处于继续冷却状态)

詹姆斯 发布时间: 龟兔体育 归档

韦伯望远镜的巨大遮阳板使望远镜和摄像头不受阳光的直接照射和来自地球和月球反射的阳光的影响。遮阳板“冷面”的一切都在被动地冷却,将热量辐射到深空。这将持续到望远镜和三个近红外(NIR)仪器达到一个稳定的温度,在这个温度下,通过遮阳板的毫瓦能量,加上仪器本身的电子装置产生的热量,正好平衡了进入太空的热量损失。韦伯望远镜团队预计主镜将冷却到50开尔文以下(约零下223摄氏度),而近红外仪器将达到约40开尔文(约零下233摄氏度)。

韦伯望远镜的中红外仪器(MIRI)需要更低的温度。除了被动冷却外,MIRI将被一个封闭循环的气态氦低温冷却器或冰箱冷却到低于7开尔文(零下266摄氏度)的温度。与以前的一些低温任务不同的是,MIRI的冷却器是通过沸腾液态氦并将其排放到太空中来冷却的,而MIRI的冷却器可以重复利用其氦气,就像你厨房里的冰箱不断循环利用自己的冷却剂一样。韦伯团队本周开启了MIRI低温冷却器的第一级。

在韦伯的遮阳板部署后的几个星期里,韦伯的镜子一直在冷却,但它们还没有达到最终温度。不同部分的温度有差异,靠近遮阳板和航天器总线的部分温度较高。团队预计,这些镜段都将再冷却10开尔文左右,但它们的最终温度仍将有15至20开尔文的差异。悬挂在其“蜘蛛”支撑结构末端的副镜,温度已经非常低了。

与此同时,近红外仪器也在冷却。在冷却过程的早期,韦伯团队使用加热器来保持仪器的温度高于“冷面”结构,以防止水冰在光学表面形成。但是现在这些都已经完成了,仪器和它们的探测器正在很好地冷却。它们目前的温度约为75开尔文(约零下198摄氏度);在达到最终工作温度之前,它们还将继续冷却几周。

红外线望远镜的冷却是一个精确而关键的过程,以确保仪器的成功,并最终确保惊人的科学成果。团队从多年的红外任务中吸取了经验并加以改进。韦伯的历史学家Robert W. Smith对韦伯如何建立在以前的红外观测站的遗产上做了一些解释。

“从1800年起,先锋调查员就开始在红外线中检查各种天体。然而,红外天文学在20世纪60年代才开始发展。鉴于大气层的限制,研究人员用气球和火箭上的望远镜进行了实验。

然而,大奖是太空中的红外望远镜,不限于火箭飞行的5分钟左右的观测时间。美国、荷兰和英国的努力导致了红外天文卫星(IRAS)的诞生。1983年发射的IRAS在各种波长的天空中进行勘测,在其10个月的寿命中,识别了35万个红外源。红外空间天文台(ISO)于1995年跟随IRAS发射。它成为第一个利用探测器阵列的红外空间望远镜,这种探测器在1990年前后的几年里已经开始对地面红外天文学进行革新。

对红外空间望远镜的未来至关重要的是向辐射或被动冷却的彻底转变。红外线望远镜的镜面会发出红外辐射,为了观察由天文来源发出的红外信号,其中许多是非常微弱的,镜面需要保持非常低的温度。IRAS和ISO都是通过把望远镜放在一个充满液态氦的杜瓦瓶里来保持其低温。但是采用这种方法严重限制了可以飞行的望远镜的尺寸。爱丁堡皇家天文台的Tim Hawarden在20世纪80年代初开始探索取消杜瓦瓶的想法。取而代之的是,望远镜将被温暖地发射,并通过向太空辐射热量来冷却。

第一个使用被动冷却的红外空间望远镜是美国宇航局的斯皮策空间望远镜,于2003年发射到地球轨道。主镜被动冷却到约34开尔文,然后使用液氦使天文台的温度低于6开尔文。赫歇尔空间观测站是欧空局的一个项目,它有一个被动冷却的主镜(达到80开尔文)和液氦冷却的仪器。赫歇尔从2009年到2013年运行,围绕拉格朗日点 L2运行,与韦伯类似。赫歇尔的3.5米直径的镜子使其成为韦伯之前最大的红外望远镜。

1989年,在太空望远镜科学研究所的一个研讨会上,天文学家们探讨了关于‘下一代U-V-Visible-IR望远镜’的想法,以接替哈勃。这些讨论导致了对红外优化望远镜的建议,即‘下一代太空望远镜’,其愿景在世界最大和最强大的红外观测站-韦伯中实现。”

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