詹姆斯·韋伯太空望遠鏡團隊如何捕捉到DART任務飛船撞向小行星
時間：2025-12-08 12:42:30 來源：桑間濮上網 作者：知識 閱讀：579次
（神秘的詹姆捉到撞地球uux.cn）據美國宇航局（By Thaddeus Cesari）：9月，詹姆斯·韋伯太空望遠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德太空飛行中心負責行星科學的遠鏡韋伯副項目科學家斯蒂芬妮·米拉姆講述韋伯團隊是如何捕捉到這些獨一無二的觀測結果的。
為了觀測NASA的團隊DART任務撞擊事件，Webb不得不超出其要求和測試的何捕觀測能力。在發射之前，任務天文學家計劃用韋伯觀察太陽系物體，飛船這意味著它被設計用來跟蹤相對于宇宙中的小行星恒星和星系移動的目標。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，這被認為是伯太一個挑戰，我們希望在發射前進行模擬，空望并在試運行期間進行嚴格測試。遠鏡我們必須確保我們能夠以指向固定目標時同樣的精度跟蹤這些移動的物體。一般來說，使用一種稱為精細制導傳感器(FGS)的特殊相機，韋伯鎖定一個所謂的引導星，以保持非常精確地指向目標。移動目標觀測是通過在FGS視場內以移動目標的精確速率移動引導星來執行的。這確保了科學目標在指定的科學儀器中保持靜止。這當然也意味著恒星和星系的背景場在移動的目標圖像中漂移，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14分，撞擊后五個小時。這些觀測的成功依賴于更快的運動目標跟蹤速率的實現。Image Credits: Science: NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); Joseph DePasquale (STScI)
我們與FGS團隊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，速度限制最初設置為火星的速度(每秒30毫弧秒或17小時內滿月的寬度！).韋伯以這個名義速度極限出發。但是太陽系科學家——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家——真的想觀察比火星移動更快的物體。當然，當這些物體遠離地球和太陽，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，當彗星經歷爆發時。
因此，我們不僅要證實韋伯在試運行期間能夠以飛行前的速度極限進行跟蹤，還要證明天文臺能夠以更快的速度進行跟蹤。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，我們證實了韋伯確實擅長以高達67 mas/s的速度追蹤移動物體(241ʺ/hr).
這對所有計劃使用韋伯的太陽系科學家來說是個好消息！
我們面臨的下一個挑戰是，在DART任務撞擊期間研究Didymos的保證時間觀測計劃(計劃1245，PI:北亞利桑那大學的Cristina Thomas)正在計劃中。項目協調員，太空望遠鏡科學研究所的托尼·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。根據羅曼的說法，“如果跟蹤速度慢于迪迪莫斯的實際運動速度，就會導致圖像模糊。如果我們能以迪迪莫斯的實際速度進行追蹤，那就能充分利用這個獨一無二的機會。”這遠遠快于我們試運行以來的最快速度，但該項目確信我們應該嘗試這一點，以支持另一項美國宇航局的任務，結合哈勃太空望遠鏡的同步觀測。在飛行模擬器上進行了測試，以驗證軟件和硬件能夠處理這些超快跟蹤速率。該系統被調整了幾次，以優化性能，并確保我們可以跟蹤移動如此之快的物體。一旦被模擬器的結果所說服，我們計劃對航天器進行一些工程測試，對近地小行星2010 DF1進行兩次觀測，運動速率分別為(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(NIRCam)以90 mas/s的速度跟蹤小行星2010 DF1的一系列觀測結果(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).
準備了監測災難援助反應隊影響的觀測數據，并上傳到天文臺；在預定的時間，就在撞擊之前，一系列的觀察開始執行——并且是成功的。隨著數據流入檔案進行分析，美國宇航局戈達德的Ian Wong完成了一項快速而徹底的分析，驗證了超高速率是成功的！我們已經證明，我們可以與韋布一起計劃像DART impact這樣的事件，并有漂亮的結果可以展示。在分析撞擊數據的同時，我們現在已經確認，我們可以用韋伯望遠鏡跟蹤和觀察超過100 mas/s (360ʺ/hr)的目標。然而，我們可能不會經常使用高利率。雖然取得了成功，但他們在計劃和安排方面仍面臨挑戰。在這樣的速度下，引導星只能在FGS視野內停留很短的時間。這意味著我們將不得不使用多個引導星來支持更長時間的觀察，并且改變引導星會帶來復雜性和低效率。最后，為韋伯設定的新的速度限制現在是75 mas/s，以備將來觀測之用，但最高可達100 mas/s的速度可能需要特別許可。
–斯蒂芬妮·米拉姆，韋伯的行星科學副項目科學家，美國宇航局戈達德
為了觀測NASA的團隊DART任務撞擊事件，Webb不得不超出其要求和測試的何捕觀測能力。在發射之前，任務天文學家計劃用韋伯觀察太陽系物體，飛船這意味著它被設計用來跟蹤相對于宇宙中的小行星恒星和星系移動的目標。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，這被認為是伯太一個挑戰，我們希望在發射前進行模擬，空望并在試運行期間進行嚴格測試。遠鏡我們必須確保我們能夠以指向固定目標時同樣的精度跟蹤這些移動的物體。一般來說，使用一種稱為精細制導傳感器(FGS)的特殊相機，韋伯鎖定一個所謂的引導星，以保持非常精確地指向目標。移動目標觀測是通過在FGS視場內以移動目標的精確速率移動引導星來執行的。這確保了科學目標在指定的科學儀器中保持靜止。這當然也意味著恒星和星系的背景場在移動的目標圖像中漂移，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14分，撞擊后五個小時。這些觀測的成功依賴于更快的運動目標跟蹤速率的實現。Image Credits: Science: NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); Joseph DePasquale (STScI)
我們與FGS團隊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，速度限制最初設置為火星的速度(每秒30毫弧秒或17小時內滿月的寬度！).韋伯以這個名義速度極限出發。但是太陽系科學家——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家——真的想觀察比火星移動更快的物體。當然，當這些物體遠離地球和太陽，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，當彗星經歷爆發時。
因此，我們不僅要證實韋伯在試運行期間能夠以飛行前的速度極限進行跟蹤，還要證明天文臺能夠以更快的速度進行跟蹤。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，我們證實了韋伯確實擅長以高達67 mas/s的速度追蹤移動物體(241ʺ/hr).
這對所有計劃使用韋伯的太陽系科學家來說是個好消息！
我們面臨的下一個挑戰是，在DART任務撞擊期間研究Didymos的保證時間觀測計劃(計劃1245，PI:北亞利桑那大學的Cristina Thomas)正在計劃中。項目協調員，太空望遠鏡科學研究所的托尼·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。根據羅曼的說法，“如果跟蹤速度慢于迪迪莫斯的實際運動速度，就會導致圖像模糊。如果我們能以迪迪莫斯的實際速度進行追蹤，那就能充分利用這個獨一無二的機會。”這遠遠快于我們試運行以來的最快速度，但該項目確信我們應該嘗試這一點，以支持另一項美國宇航局的任務，結合哈勃太空望遠鏡的同步觀測。在飛行模擬器上進行了測試，以驗證軟件和硬件能夠處理這些超快跟蹤速率。該系統被調整了幾次，以優化性能，并確保我們可以跟蹤移動如此之快的物體。一旦被模擬器的結果所說服，我們計劃對航天器進行一些工程測試，對近地小行星2010 DF1進行兩次觀測，運動速率分別為(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(NIRCam)以90 mas/s的速度跟蹤小行星2010 DF1的一系列觀測結果(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).
準備了監測災難援助反應隊影響的觀測數據，并上傳到天文臺；在預定的時間，就在撞擊之前，一系列的觀察開始執行——并且是成功的。隨著數據流入檔案進行分析，美國宇航局戈達德的Ian Wong完成了一項快速而徹底的分析，驗證了超高速率是成功的！我們已經證明，我們可以與韋布一起計劃像DART impact這樣的事件，并有漂亮的結果可以展示。在分析撞擊數據的同時，我們現在已經確認，我們可以用韋伯望遠鏡跟蹤和觀察超過100 mas/s (360ʺ/hr)的目標。然而，我們可能不會經常使用高利率。雖然取得了成功，但他們在計劃和安排方面仍面臨挑戰。在這樣的速度下，引導星只能在FGS視野內停留很短的時間。這意味著我們將不得不使用多個引導星來支持更長時間的觀察，并且改變引導星會帶來復雜性和低效率。最后，為韋伯設定的新的速度限制現在是75 mas/s，以備將來觀測之用，但最高可達100 mas/s的速度可能需要特別許可。
–斯蒂芬妮·米拉姆，韋伯的行星科學副項目科學家，美國宇航局戈達德
(責任編輯：綜合)
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