Прибор NIRSpec в чистом помещении Astrium в Оттобрунне, Германия | |
Тип миссии | Астрономия |
---|---|
Оператор | ЕКА при участии НАСА |
Веб-сайт | ЕКА Европа Astrium Германия НАСА США |
Продолжительность миссии | 5 лет (дизайн) 10 лет (цель) |
Свойства космического корабля | |
Производитель | Astrium |
Стартовая масса | 196 кг (432 фунта) |
Начало миссии | |
Дата запуска | 30 марта 2021 г. (по плану) |
Ракета | В рамках JWST на борту Ariane 5 |
Запустить сайт | Куру ЭЛА-3 |
Подрядчик | Arianespace |
Главный телескоп | |
Тип | Спектрограф |
Длины волн | От 0,6 мкм ( оранжевый ) до 5,0 мкм ( ближний инфракрасный ) |
NIRSpec ( Near-Infrared спектрограф) является одним из четырех научных инструментов, которые будут выполняться на космическом телескопе Джеймса Вебба (JWST). JWST - это следующая миссия космического телескопа Хаббла (HST), разработанная для получения дополнительной информации о происхождении Вселенной путем наблюдения за инфракрасным светом от первых звезд и галактик. По сравнению с HST, его инструменты позволят заглянуть в прошлое и изучать так называемые темные века, в течение которых Вселенная была непрозрачной, примерно через 150-800 миллионов лет после Большого взрыва.
Инструмент NIRSpec - это многообъектный спектрограф, способный одновременно измерять в ближнем инфракрасном диапазоне до 100 объектов, таких как звезды или галактики, с низким, средним и высоким спектральным разрешением. Наблюдения проводятся в поле зрения 3 угл. Мин. × 3 угл. Мин. В диапазоне длин волн от 0,6 мкм до 5,0 мкм. Он также имеет набор щелей и апертуру для высококонтрастной спектроскопии отдельных источников, а также блок интегрального поля (IFU) для 3D- спектроскопии. Инструмент является вкладом Европейского космического агентства (ESA) и построен Astrium вместе с группой европейских субподрядчиков.
Основные научные темы JWST:
Прибор NIRSpec работает при температуре −235 ° C и пассивно охлаждается радиаторами холодного помещения, установленными на интегрированном модуле научных приборов JWST (ISIM). Радиаторы подключаются к NIRSpec с помощью теплопроводящих нагревательных лент. Крепления зеркала и опорная пластина оптического стола изготовлены из карбидокремниевой керамики SiC100. Размер инструмента составляет приблизительно 1900 мм × 1400 мм × 700 мм, а вес 196 кг (432 фунта), включая 100 кг карбида кремния. Работа прибора осуществляется с помощью трех электронных ящиков.
NIRSpec включает 4 механизма:
Кроме того, NIRSpec включает в себя две электрооптические сборки:
И, наконец, слайсер изображений Integral Field Unit (IFU), используемый в режиме IFU прибора.
Оптический путь представлен следующими узлами зеркал из карбида кремния :
Для достижения научных целей NIRSpec имеет четыре режима работы:
Многообъектная спектроскопия (МОП)
Основной принцип многообъектной спектроскопииВ MOS полное поле зрения прибора 3 × 3 угловых минуты покрывается с помощью 4 массивов программируемых щелевых масок. Эти программируемые щелевые маски состоят из 250 000 микро-жалюзи, каждая из которых может быть индивидуально запрограммирована на «открытие» или «закрытие». Контраст между «открытым» и «закрытым» затвором лучше 1: 2000. Если объект, такой как, например, галактика, помещен в «открытую» заслонку, спектры света, излучаемого объектом, могут быть рассеяны и отображены на плоскости детектора. В этом режиме можно одновременно наблюдать до 100 объектов и измерять спектры.
Режим интегрального поля (IFU) Спектрометрия интегрального поля будет в основном использоваться для больших протяженных объектов, таких как галактики. В этом режиме поле зрения 3 × 3 угловой секунды разделено на полосы 0,1 угловой секунды, которые затем перестраиваются в длинную щель. Это позволяет получать спектры с пространственным разрешением для больших сцен и может использоваться для измерения скорости и направления движения внутри протяженного объекта. Поскольку измеренные спектры в режиме IFU будут перекрываться со спектрами в режиме MOS, его нельзя использовать параллельно.
Высококонтрастная щелевая спектроскопия (SLIT)
Набор из 5 фиксированных щелей доступен для выполнения высококонтрастных спектроскопических наблюдений, которые, например, требуются для спектроскопических наблюдений транзитных планет за пределами Солнца. Из пяти фиксированных щелей три имеют ширину 0,2 угловой секунды, одна - 0,4 угловой секунды и одна представляет собой квадратную апертуру 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 помещается диспергирующий элемент, и любые объекты отображаются непосредственно на детекторе. Поскольку матрица микрозатворов, которая находится в промежуточной фокальной плоскости прибора, отображается параллельно, можно расположить обсерваторию JWST таким образом, чтобы любые наблюдаемые объекты падали прямо в центр открытых заслонок (режим MOS), апертуру IFU (Режим IFU) или прорези (режим SLIT).
Ключевые параметры производительности NIRSpec:
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 мкм - 1,8 мкм Диапазон I 1,7 мкм - 3,0 мкм Диапазон II 2,9 мкм - 5,0 мкм Диапазон III |
Поле зрения | 3 × 3 угл. Мин. |
Спектральное разрешение | R = 100 (MOS) R = 1000 (MOS + фиксированные щели) R = 2700 (фиксированные щели + IFU) |
Количество достойных открытых / закрытых щелей для спектрометра | Технология МЭМС на основе массивов микрозатворков с 4-кратными 365 × 171 = 250 000 индивидуальных шторок, каждая из которых имеет размер 80 мкм × 180 мкм. |
Детектор | 2 узла микросхемы датчика MCT (SCA) размером 2048 × 2048 пикселей каждый. Шаг пикселя = 18 мкм × 18 мкм |
Ошибка волнового фронта, включая телескоп | Ограничение дифракции 2,45 мкм при MSA: WFE = 185 нм RMS (Strehl = 0,80) Ограничение дифракции 3,17 мкм при FPA: WFE = 238 нм RMS (Strehl = 0,80) |
Ограничение чувствительности | * В режиме R = 1000, используя один затвор шириной 200 мсек. Или фиксированную щель, NIRSpec сможет измерять поток в неразрешенной линии излучения 5,2 × 10 −22 Вт м −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 с использованием одного затвора шириной 200 мсек. или фиксированной щели, NIRSpec будет способен измерять непрерывный поток1,2 × 10 −33 Вт м −2 Гц −1 от точечного источника при наблюдаемой длине волны 3 мкм при SNR = 10 на элемент разрешения при общей экспозиции 10 4 с или меньше |
Конверт оптики NIRSpec | Приблизительно 1900 мм × 1400 мм × 700 мм |
Масса инструмента | 195 кг (430 фунтов) с деталями из карбида кремния около 100 кг, электронные блоки: 30,5 кг (67 фунтов) |
Рабочая Температура | 38 К (-235,2 ° С; -391,3 ° F) |
.
NIRSpec был построен Astrium Germany с субподрядчиками и партнерами по всей Европе и при участии НАСА из США, которое предоставило подсистему детектора и сборку микрозатворов.
Промышленные партнеры NIRSpecОтдельными субподрядчиками и их соответствующими взносами были:
NIRSpec в многообъектном режиме. На изображении показаны спектры лампы для калибровки спектральной линии (типа Фабри – Перо), отображаемые на 2 узлах сенсорных микросхем детектора (SCA).
Микрошаттер крупным планом
Массивы микрозатворов NIRSpec
NIRSpec в режиме IFU. На изображении показаны спектры лампы для калибровки спектральной линии (типа Фабри – Перо), отображаемые на 2 детекторах SCA.
Основной принцип спектроскопии интегрального поля
Вид NIRSpec CAD с основными сборками
NIRSpec и оптический путь