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NASA的罗曼空间望远镜超出预期近30%

2026-10-17 23:11:47 前沿信息 阅读

NASA的南希·格雷斯·罗曼空间望远镜在工程师进行了极其微小的调整以使其对宇宙的观测更加JianCe后,表现超出了预期。通过仅移动相当于人类头发丝宽度十六分之一的反射镜,该团队帮助将其强大的仪器调整至近乎完美的对准状态。罗曼的宽视场仪器现在产生的图像质量比预期高出近30%,有望带来异常JianCe的宇宙巡天观测。

这一成就标志着该望远镜在探索暗物质、暗能量及其他宇宙奥秘的宏伟使命中迈出了重要一步。即使是光学精度上最微小的改进,也能帮助罗曼望远镜在对宇宙进行大范围巡天观测时捕获更JianCe的图像。

“罗曼的所有大范围巡天观测都将依赖宽视场仪器,”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的宽视场仪器系统工程师戴夫·希基(Dave Hickey)说。“如果没有它,该任务的许多主要目标,如研究暗物质和暗能量,将无法实现,因此看到它运行良好既令人兴奋又让人大大松了一口气!”

NASA对罗曼强大的相机系统进行测试

继9月份宽视场仪器启动之后,工程师们开始了一项全面的测试活动,以确认每个组件不仅能独立正常工作,还能作为完整系统的一部分协同运行。

他们的首要任务是检查该仪器的18个探测器及其控制电子设备,每个探测器大约只有便利贴大小。随后,团队评估了元件轮,这是一个配备有滤光片和其他光学组件的旋转装置。这些组件允许选定波长的光到达探测器,并能将入射光分解成其各自的颜色。

接下来是仪器的内部校准系统。工程师们启动了其发光二极管(LED),它们作为可调节光源,能根据地球指令产生不同的颜色和亮度水平。通过测量探测器对这些受控信号的反应,科学家可以识别灵敏度的差异,并进行必要的修正以实现精确观测。

 

工程师们还测试了仪器的对准机构,并将其从发射时故意设置的未对焦位置移动到预期可提供最JianCe图像的位置。最后,他们检查了热控系统,该系统维持着仪器各组件正常运行所需的温度。

“校准仪器就像在音乐会前为钢琴或吉他调音,”NASA戈达德中心的宽视场仪器系统工程师马克西姆·里佐(Maxime Rizzo)说。“你要调整一切,直到达到你想要的状态,然后就不再改动设置,这样在使用时它的表现就能保持一致。”

一台已接近完美对准的太空望远镜

当一组人员专注于准备宽视场仪器时,另一组人员则在努力优化望远镜的整体光学对准。

结果从一开始就令人鼓舞。罗曼望远镜的反射镜和其他光学组件已经处于极高精度的位置,这意味着工程师只需进行微小的修正。

“在我们开始调整所有反射镜和其他光学组件的对准之前,望远镜的性能就已经非常出色了,这要归功于发射前在地面进行的出色准备工作,”NASA戈达德中心的罗曼光学系统主管马修·博尔卡(Matthew Bolcar)说。“在戈达德中心以及L3Harris和BAE Space and Mission Systems承包商进行的所有测试和建模工作,使得我们只需进行微小的修正就能让一切达到近乎完美的对准状态。”

对于航天器来说,达到这种精度尤其具有挑战性。发射过程中经历的受力会导致敏感设备发生微小偏移,而且轨道环境与地球环境有很大不同。罗曼望远镜于8月30日发射升空,其携带的光学系统在离开地面之前已经过精心测试。

 

“我们的地面测试无法完全重现罗曼在太空中将经历的环境,比如失重状态,”博尔卡说。“温度变化和湿度方面也存在细微差异。尽管面临这些挑战,最近的评估表明我们的地面测试非常出色,两台仪器的性能均达到或超过了我们的预期。”

比人类头发还细的反射镜调整

罗曼望远镜依靠复杂的反射镜和光学组件排列,来收集来自遥远宇宙天体的光,并将其引导至两台科学仪器。为了使生成的图像保持JianCe,光线必须遵循极其精确的路径。

即使是微观层面的错位也会影响望远镜将光线聚焦的准确性。

幸运的是,罗曼望远镜的光学系统已经对准得非常完美,只需极其微小的移动即可改善其性能。

“我们将次镜移动了大约人类头发直径的十六分之一,”在NASA戈达德中心参与罗曼项目的高级光学工程师奥尔登·朱林(Alden Jurling)说。“这一调整微调了次镜在主镜上方的高度。如果我们将这个高度放大到帝国大厦的高度,那么高度的变化比你把一枚美国一分钱硬币叠放在塔尖上所增加的高度还要小一点。”

虽然在人类的尺度上几乎无法感知,但当望远镜被设计用于研究跨越遥远宇宙距离的天体时,这样微小的调整却能产生重要影响。

团队最初将注意力集中在罗曼望远镜的日冕仪上,该仪器此前生成的图像略微失焦。这个问题没有工程师预期的那么严重,因此相对容易纠正。

目前,日冕仪已达到团队严格的性能期望。工程师们将继续优化其相机设置,并确定其可变形反射镜的最佳配置,这些反射镜可以通过改变形状对入射光进行极其精确的修正。

在接下来的几周内,团队计划测试日冕仪阻挡多余光线的能力,这是观察明亮天体附近暗弱天体的一项关键能力。

一旦日冕仪的焦点被优化,工程师们便返回宽视场仪器进行另一轮调整。

罗曼望远镜的图像质量超出预期近30%

最终测量结果显示了一个特别令人瞩目的成果。罗曼望远镜的宽视场仪器实现的光学性能比团队预测的还要好近30%。

在发射前,工程师们设定了大约90纳米RMS(均方根)的图像质量要求。该测量值描述了系统中的光学误差量,即入射光偏离理想、完美聚焦波前的程度。

为了直观理解这个尺度,90纳米大约比人类头发细1000倍。在这些微小的尺度上,即使是看似微不足道的瑕疵也会影响天文图像的JianCe度。

然而,在经过最新修正后,工程师们测得的光学误差仅为63纳米RMS,大大优于原始要求。

这一改进意味着罗曼望远镜应该能够生成比设计者最初预期更JianCe的图像,从而增强了其在天空中广阔区域进行详细观测的能力。

“罗曼宇宙巡天观测的所有图像都将比我们预期的更JianCe,”朱林说。“这是多年精心建模、精密计量和测试的绝佳成果。”

随着两台科学仪器均达到或超过其预期性能,罗曼望远镜在常规观测准备工作中又跨越了一个重要里程碑。这些结果突显了该望远镜设计的高超精度,并为其即将开展的宇宙隐藏结构和演化研究提供了令人鼓舞的前景。

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Materials provided by NASA. Note: Content may be edited for style and length.

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