NIRCam (, «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. Тобто цей інструмент працює як фотокамера, а також надає дані для юстування 18 сегментів первинного дзеркала. Камера містить десять інфрачервоних матриць детектора на основі (HgCdTe), кожна з яких має роздільну здатність 2048×2048 пікселів. Поле зору камери становить 2,2×2,2 мінути з кутовою роздільною здатністю 0,07 кутової секунди на довжині хвилі 2 мкм. 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.
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. Робочий діапазон температур приладу становить від 32 К до 37 К, тоді як електроніка фокальної площини функціонує за температури 290 K.
NIRCam здатна спостерігати тьмяні об'єкти до +29 зоряної величини за експозиції тривалістю 10 000 секунд (близько 2,8 години). Прилад здійснює спостереження на довжинах хвиль від 0,6 до 5 мкм. Він може вести спостереження у двох полях зору, причому обидва канали здатні знімати зображення, а завдяки обладнанню вимірювання — здійснювати спектроскопію. Чутливість вимірювання хвильового фронту має досягати точності щонайменше 93 нанометри, а під час випробувань зафіксували показники від 32 до 52 нм.
Основна частина Складові частини
До компонентів датчика хвильового фронту належать: дисперсійні датчики Гартмана; ґризми для безщілинної спектроскопії в діапазоні 2,5–5,0 мкм; слабкі лінзи.
Компоненти NIRCam: відбірне дзеркало (); 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
Для резервування NIRCam містить дві ідентичні оптичні системи. Обидва канали працюють одночасно й спостерігають дві суміжні ділянки неба; їх позначають як бік A та бік B. У внутрішній оптиці використано лінзи-триплети рефракторного типу, виготовлені з фториду літію (LiF), (BaF2) та селеніду цинку (ZnSe). Ці триплетні лінзи виконують функцію колімаційної оптики. Найбільша лінза має світловий діаметр 90 мм.
Діапазон робочих довжин хвиль поділено на короткохвильовий і довгохвильовий канали. 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. 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. Довгохвильовий канал містить по одній матриці детектора на кожен бік (загалом дві), а короткохвильовий — по чотири матриці на бік (разом 8). Боки A та B мають окремі, але розташовані впритул поля зору. 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.
Розроблення та виробництво
Камеру NIRCam створили Університет Аризони, компанії Lockheed Martin і у співпраці з НАСА. Фахівці Lockheed Martin зібрали та випробували прилад. Компанія Teledyne Technologies розробила й виготовила десять матриць детектора на основі телуриду кадмію-ртуті (HgCdTe). 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.
Чотири основні наукові завдання NIRCam охоплюють: Дослідження формування та еволюції перших світних об'єктів і з'ясування історії реіонізації Всесвіту. Визначення того, як спостережувані нині об'єкти (галактики, активні галактики та скупчення галактик) утворювалися й еволюціонували в ранньому Всесвіті. Поглиблення розуміння процесів народження зір і планетних систем. Дослідження фізичних і хімічних умов об'єктів Сонячної системи задля розуміння походження будівельних блоків життя на Землі.
Електроніка
Електроніка фокальної площини () зчитує дані з датчиків зображення (матриць фокальної площини, ) і передає їх до комп'ютера інтегрованого модуля наукових інструментів каналом зв'язку SpaceWire. До системи також входить електроніка керування інструментом (). Загальна кількість пікселів у матрицях фокальної площини сягає 40 мільйонів.
Блок FPE забезпечує або контролює для матриць такі функції: стабілізоване живлення; синхронізацію вихідних даних; ; керування режимами роботи; первинне оброблення сигналів зображення; підсилення даних зображення; оцифровування даних зображення.
Фільтри
Камера NIRCam оснащена турелями фільтрів, крізь які світло з оптичної системи проходить перед тим, як потрапити на датчики. Фільтри пропускають випромінювання лише визначеного діапазону, блокуючи решту частот, що дає змогу операторам обирати потрібні спектральні смуги під час спостережень.
Застосування кількох фільтрів дає змогу оцінювати червоний зсув далеких галактик за допомогою фотометрії.
Фільтри NIRCam:
Короткохвильовий канал (0,6–2,3 мкм) F070W — загального призначення F090W — загального призначення F115W — загального призначення F140M — холодні зорі, H2O, F150W — загального призначення F150W2 — блокувальний фільтр для F162M, F164N та DHS F162M — холодні зорі, позасмуговий для H2O F164N — [FeII] F182M — холодні зорі, H2O, F187N — Pa-альфа F200W — загального призначення F210M — H2O, F212N —
Довгохвильовий канал (2,4–5,0 мкм) F250M — , неперервний спектр F277W — загального призначення F300M — водяний лід F322W2 — мінімум фону. Застосовують переважно з ґризмами. Блокувальний фільтр для F323N. F323N — F335M — ПАВ, F356W — загального призначення F360M — коричневі карлики, планети, неперервний спектр F405N — Br-альфа F410M — коричневі карлики, планети, H2O, F430M — , F444W — загального призначення. Блокувальний фільтр для F405N, F466N, F470N. F460M — CO F466N — CO F470N — F480M — коричневі карлики, планети, неперервний спектр
Див. також Оптичний елемент космічного телескопа Джеймса Вебба Хронологія космічного телескопа Джеймса Вебба Камера ближнього інфрачервоного діапазону та багаторазовий спектрометр (виведений з експлуатації інструмент телескопа «Габбл») Ширококутна камера 3 (чинний інструмент телескопа «Габбл» для ближнього інфрачервоного діапазону) MIRI (камера та спектрограф космічного телескопа Джеймса Вебба діапазону 5–28 мкм)
Примітки
External links
JWST NASA website — NIRCam NIRCam NIRCam gallery on Flickr NIRCam pocket guide Slitless spectroscopy with the James Webb Space Telescope Near-Infrared Camera (JWST NIRCam)