YaChudo

NIRCam

Переглядів: 0. Оновлено 25.10.2026.

NIRCam (англ. Near-InfraRed Camera, «ближня інфрачервона камера») — науковий прилад на борту космічного телескопа Джеймса Вебба. Камера виконує два основні завдання: знімає зображення в діапазоні довжин хвиль від 0,6 до 5 мкм і діє як датчик хвильового фронту, щоб забезпечити злагоджену роботу 18 сегментів головного дзеркала як єдиного цілого[1][2]. Тобто цей інструмент працює як фотокамера, а також надає дані для юстування 18 сегментів первинного дзеркала[3]. Камера містить десять інфрачервоних матриць детектора на основі телуриду кадмію-ртуті (HgCdTe), кожна з яких має роздільну здатність 2048×2048 пікселів[1][2]. Поле зору камери становить 2,2×2,2 мінути з кутовою роздільною здатністю 0,07 кутової секунди на довжині хвилі 2 мкм[1]. Крім того, NIRCam має коронографи, які допомагають збирати дані про екзопланети поблизу зір: коронограф екранує надлишкове світло, дозволяючи знімати тьмяні об'єкти поруч із значно яскравішими[2].

NIRCam розміщено в інтегрованому модулі наукових інструментів (ISIM). До конструкції ISIM камеру прикріплено механічно через опори у формі розпірок. Оптична лава NIRCam з'єднана із конструкцією ISIM та тепловими радіаторами гнучкими тепловодами[4]. Робочий діапазон температур приладу становить від 32 К до 37 К[5], тоді як електроніка фокальної площини функціонує за температури 290 K[4].

NIRCam здатна спостерігати тьмяні об'єкти до +29 зоряної величини за експозиції тривалістю 10 000 секунд (близько 2,8 години)[6]. Прилад здійснює спостереження на довжинах хвиль від 0,6 до 5 мкм[7]. Він може вести спостереження у двох полях зору, причому обидва канали здатні знімати зображення, а завдяки обладнанню вимірювання — здійснювати спектроскопію[8]. Чутливість вимірювання хвильового фронту має досягати точності щонайменше 93 нанометри, а під час випробувань зафіксували показники від 32 до 52 нм[9].

Основна частина

Складові частини

Інженерний випробувальний зразок NIRCam демонструє деякі елементи внутрішньої оптики, як-от коліматорні лінзи та дзеркала

До компонентів датчика хвильового фронту належать[8]:

  • дисперсійні датчики Гартмана;
  • ґризми для безщілинної спектроскопії в діапазоні 2,5–5,0 мкм;
  • слабкі лінзи.
Модель модуля NIRCam

Компоненти NIRCam[10]:

  • відбірне дзеркало (англ. pick-off mirror);
  • коронограф;
  • перше поворотне дзеркало;
  • коліматорні лінзи;
  • дихроїчний дільник променя;
  • турель фільтрів довгохвильового каналу;
  • блок лінз камери довгохвильового каналу;
  • фокальна площина довгохвильового каналу;
  • блок турелі фільтрів короткохвильового каналу;
  • блок лінз камери короткохвильового каналу;
  • поворотне дзеркало короткохвильового каналу;
  • лінза побудови зображення вихідної зіниці;
  • фокальна площина короткохвильового каналу.

Загальний огляд

Інфографіка наукових інструментів космічного телескопа Джеймса Вебба та їхніх діапазонів

Для резервування NIRCam містить дві ідентичні оптичні системи[3]. Обидва канали працюють одночасно й спостерігають дві суміжні ділянки неба; їх позначають як бік A та бік B[3]. У внутрішній оптиці використано лінзи-триплети рефракторного типу[3], виготовлені з фториду літію (LiF), фториду барію (BaF2) та селеніду цинку (ZnSe)[3]. Ці триплетні лінзи виконують функцію колімаційної оптики[11]. Найбільша лінза має світловий діаметр 90 мм[11].

Діапазон робочих довжин хвиль поділено на короткохвильовий і довгохвильовий канали[12]. Короткохвильовий піддіапазон сягає від 0,6 до 2,3 мкм, а довгохвильовий — від 2,4 до 5 мкм; обидва канали мають однакове поле зору та можливість використання коронографа[12]. Кожний бік NIRCam охоплює ділянку неба розміром 2,2 на 2,2 кутової мінути як у коротких, так і в довгих хвилях, проте короткохвильовий канал має вдвічі вищу роздільну здатність[11]. Довгохвильовий канал містить по одній матриці детектора на кожен бік (загалом дві), а короткохвильовий — по чотири матриці на бік (разом 8)[11]. Боки A та B мають окремі, але розташовані впритул поля зору[11]. Іншими словами, камера фіксує два суміжні поля зору завширшки 2,2 кутової мінути, спостерігаючи кожне з них одночасно в коротких і довгих хвилях, до того ж короткохвильовий модуль забезпечує вдвічі більшу роздільну здатність, ніж довгохвильовий[11].

Розроблення та виробництво

Схема оптичних компонентів NIRCam із підписами

Камеру NIRCam створили Університет Аризони, компанії Lockheed Martin і Teledyne Technologies у співпраці з НАСА[2]. Фахівці Lockheed Martin зібрали та випробували прилад[10]. Компанія Teledyne Technologies розробила й виготовила десять матриць детектора на основі телуриду кадмію-ртуті (HgCdTe)[13]. Складання NIRCam завершили в липні 2013 року, після чого її доправили до Центру космічних польотів імені Ґоддарда — підрозділу НАСА, що керує проєктом космічного телескопа Джеймса Вебба[14].

Чотири основні наукові завдання NIRCam охоплюють:

  1. Дослідження формування та еволюції перших світних об'єктів і з'ясування історії реіонізації Всесвіту.
  2. Визначення того, як спостережувані нині об'єкти (галактики, активні галактики та скупчення галактик) утворювалися й еволюціонували в ранньому Всесвіті.
  3. Поглиблення розуміння процесів народження зір і планетних систем.
  4. Дослідження фізичних і хімічних умов об'єктів Сонячної системи задля розуміння походження будівельних блоків життя на Землі[15].

Електроніка

Огляд блока фокальної площини камери NIRCam, 2013

Електроніка фокальної площини (англ. Focal Plane Electronics, FPE) зчитує дані з датчиків зображення (матриць фокальної площини, англ. Focal Plane Array, FPA) і передає їх до комп'ютера інтегрованого модуля наукових інструментів[3] каналом зв'язку SpaceWire[3]. До системи також входить електроніка керування інструментом (англ. Instrument Control Electronics, ICE)[3]. Загальна кількість пікселів у матрицях фокальної площини сягає 40 мільйонів[14].

Блок FPE забезпечує або контролює для матриць такі функції[14]:

Фільтри

Пропускна здатність фільтрів комплексу NIRCam та оптичного елемента телескопа Джеймса Вебба

Камера NIRCam оснащена турелями фільтрів, крізь які світло з оптичної системи проходить перед тим, як потрапити на датчики[15]. Фільтри пропускають випромінювання лише визначеного діапазону, блокуючи решту частот, що дає змогу операторам обирати потрібні спектральні смуги під час спостережень[15].

Застосування кількох фільтрів дає змогу оцінювати червоний зсув далеких галактик за допомогою фотометрії[15].

Фільтри NIRCam[16][17]:

Короткохвильовий канал (0,6–2,3 мкм)
  • F070W — загального призначення
  • F090W — загального призначення
  • F115W — загального призначення
  • F140M — холодні зорі, H2O, CH
    4
  • F150W — загального призначення
  • F150W2 — блокувальний фільтр для F162M, F164N та DHS
  • F162M — холодні зорі, позасмуговий для H2O
  • F164N — [FeII]
  • F182M — холодні зорі, H2O, CH
    4
  • F187N — Pa-альфа
  • F200W — загального призначення
  • F210M — H2O, CH
    4
  • F212N — H
    2
Довгохвильовий канал (2,4–5,0 мкм)
  • F250M — CH
    4    , неперервний спектр
  • F277W — загального призначення
  • F300M — водяний лід
  • F322W2 — мінімум фону. Застосовують переважно з ґризмами. Блокувальний фільтр для F323N.
  • F323N — H
    2
  • F335M — ПАВ, CH
    4
  • F356W — загального призначення
  • F360M — коричневі карлики, планети, неперервний спектр
  • F405N — Br-альфа
  • F410M — коричневі карлики, планети, H2O, CH
    4
  • F430M — CO2, N2
  • F444W — загального призначення. Блокувальний фільтр для F405N, F466N, F470N.
  • F460M — CO
  • F466N — CO
  • F470N — H
    2
  • F480M — коричневі карлики, планети, неперервний спектр

Див. також

Примітки

  1. ↑ а б в NIRCAM. Процитовано 5 грудня 2016.
  2. ↑ а б в г The James Webb Space Telescope. Процитовано 5 грудня 2016.
  3. ↑ а б в г д е ж и NIRCam Instrument Overview. NASA. Процитовано 9 березня 2023.
  4. ↑ а б Lockheed Martin NIRCam Instrument Overview (PDF). wp.optics.arizona.edu.
  5. ↑ Huff, Lynn W. NIRCam Instrument Optics (PDF). ircamera.as.arizona.edu.
  6. ↑ Detecting the Most Distant Supernova in the Universe (PDF). Процитовано 12 листопада 2022.
  7. ↑ Science Instruments. STScI (англ.). Процитовано 22 липня 2025.
  8. ↑ а б Greene, Thomas P.; Chu, Laurie; Egami, Eiichi; Hodapp, Klaus W.; Kelly, Douglas M.; Leisenring, Jarron; Rieke, Marcia; Robberto, Massimo; Schlawin, Everett; Stansberry, John (2016). Slitless spectroscopy with the James Webb Space Telescope Near-Infrared Camera (JWST NIRCam). У MacEwen, Howard A; Fazio, Giovanni G; Lystrup, Makenzie; Batalha, Natalie; Siegler, Nicholas; Tong, Edward C (ред.). Space Telescopes and Instrumentation 2016: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. Т. 9904. с. 99040E. arXiv:1606.04161. doi:10.1117/12.2231347. S2CID 119271990.
  9. ↑ Lockheed Martin Readies One of the Most Sensitive IR Instruments Ever Made for NASA Telescope. www.lockheedmartin.com. Процитовано 21 січня 2017.
  10. ↑ а б NIRCam for JWST. Архів оригіналу за 3 листопада 2021. Процитовано 5 грудня 2016.
  11. ↑ а б в г д е NIRCam Instrument Overview (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 17 листопада 2016. Процитовано 9 грудня 2016.
  12. ↑ а б JWST – eoPortal Directory – Satellite Missions.
  13. ↑ NIRCam Detector Overview. JWST User Documentation.
  14. ↑ а б в Lockheed Martin Ships Near Infrared Camera. Lockheed Martin Press Releases.
  15. ↑ а б в г Science Opportunities with the Near-IR Camera (NIRCam) on the James Webb Space Telescope (JWST) (PDF). Процитовано 12 листопада 2022.
  16. ↑ NIRCam. Архів оригіналу за 19 травня 2022. Процитовано 23 лютого 2020.
  17. ↑ NIRCam Filters – JWST User Documentation. jwst-docs.stsci.edu. Процитовано 6 серпня 2022.

Джерело: стаття у Вікіпедії та історія редагувань (автори).