Хотя телескоп Уэбба будет фокусироваться на звездах и галактиках на расстоянии примерно 13,5 миллиардов световых лет, его зрение проходит аналогичный процесс, как если бы вы перенесли операцию лазерной коррекции зрения, чтобы иметь возможность сфокусироваться на объекте на расстоянии 10 футов через комнату. На орбите во второй точке Лагранжа Земли (L2), вдали от помощи земного врача, Уэбб будет использовать свою ближнюю инфракрасную камеру (NIRCam), чтобы помочь выровнять сегменты своего главного зеркала примерно через 40 дней после запуска, после того как они развернутся с их невыровненное походное положение и охлаждение до рабочих температур.
Операция по лазерной коррекции зрения изменяет форму роговицы глаза, чтобы удалить недостатки, которые вызывают проблемы со зрением, такие как близорукость. Роговица — это поверхность глаза; он помогает фокусировать лучи света на сетчатке в задней части глаза, и хотя она кажется однородной и гладкой, она может быть деформирована и покрыта вмятинами, ямочками и другими недостатками, которые могут повлиять на зрение человека. Относительное расположение сегментов главного зеркала Уэбба после запуска будет эквивалентно этим дефектам роговицы, и инженерам на Земле необходимо будет внести поправки в положения зеркал, чтобы выровнять их и обеспечить получение четких сфокусированных изображений.
Эти поправки производятся с помощью процесса, называемого зондированием и контролем волнового фронта, который выравнивает зеркала с точностью до десятков нанометров. Во время этого процесса датчик волнового фронта (в данном случае NIRCam) измеряет любые недостатки в выравнивании сегментов зеркала, которые не позволяют им действовать как одно зеркало размером 6,5 метра (21,3 фута).
Хирург-офтальмолог, выполняющий операцию лазерной коррекции зрения с помощью волнового фронта (процесс, усовершенствованный технологией, разработанной для формирования зеркал Уэбба), аналогичным образом измеряет и трехмерно отображает любые несоответствия в роговице. Система передает эти данные в лазер, хирург настраивает процедуру для человека, а затем лазер изменяет форму и обновляет поверхность роговицы в соответствии с этой процедурой.Инженеры на Земле не будут использовать лазер для плавления и изменения формы зеркал Уэбба (не стесняйтесь вздохнуть с облегчением); вместо этого они будут использовать NIRCam для получения изображений, чтобы определить, сколько им нужно для настройки каждого из 18 сегментов главного зеркала телескопа. Они могут регулировать сегменты зеркала с помощью чрезвычайно мельчайших движений семи исполнительных механизмов каждого сегмента (крошечных механических двигателей) — с шагом примерно 1/10 000 диаметра человеческого волоса.
Процесс измерения и управления волновым фронтом разбит на две части — грубую фазировку и точную фазировку.Во время грубой фазировки инженеры направляют телескоп на яркую звезду и используют NIRCam для обнаружения любых больших смещений между сегментами зеркала (хотя «большой» является относительным, и в данном случае это означает всего лишь миллиметры). NIRCam имеет специальное колесо фильтров, которое может выбирать или фильтровать определенные оптические элементы, которые используются в процессе грубой фазировки.
Пока Уэбб смотрит на яркую звезду, гризмы в колесе фильтров распространяют белый свет звезды на детектор. Гризмы, также называемые решетчатыми призмами, используются для разделения света с разными длинами волн. Наблюдателю эти разные длины волн кажутся на детекторе параллельными отрезками линии.«Свет от каждого сегмента будет интерферировать с соседними сегментами, и если сегменты не выровнены лучше, чем длина волны света, это интерференция проявляется в виде узоров на столбах парикмахера», — пояснил Ли Файнберг, менеджер по элементам оптического телескопа телескопа Webb в Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Анализ рисунков парикмахерских шестов подсказывает инженерам, как перемещать зеркала».
Во время точной фазировки инженеры снова сфокусируют телескоп на яркой звезде. На этот раз они будут использовать NIRCam, чтобы сделать 18 расфокусированных изображений этой звезды — по одному из каждого сегмента зеркала.
Затем инженеры с помощью компьютерных алгоритмов определяют общую форму главного зеркала по этим отдельным изображениям и определяют, как они должны перемещать зеркала, чтобы выровнять их. Эти алгоритмы были ранее протестированы и проверены на модели оптики Уэбба в масштабе 1/6, и настоящий телескоп испытал этот процесс в криогенной безвоздушной среде камеры A в Космическом центре Джонсона НАСА в Хьюстоне.
Инженеры пройдут несколько сеансов точной фазировки, пока эти 18 отдельных не в фокусе изображений станут единым четким изображением.После того, как инженеры выровняли сегменты главного зеркала, они должны выровнять вторичное зеркало с основным, а затем выровнять как главное, так и вторичное зеркало относительно третьего зеркала и научных инструментов.
Хотя инженеры завершили первоначальную юстировку с помощью NIRCam, Файнберг объяснил, что они также тестируют юстировку с другими инструментами Уэбба, чтобы убедиться, что телескоп юстирован «по всему полю».Ожидается, что весь процесс выравнивания займет несколько месяцев, и как только Уэбб начнет проводить наблюдения, его зеркала нужно будет проверять каждые несколько дней, чтобы убедиться, что они все еще выровнены — точно так же, как тот, кто перенес операцию лазерной коррекции зрения, назначит регулярного врача-офтальмолога. посещения, чтобы убедиться, что их зрение не унизительно.