Tento týden jsme Vás v krátké zprávě upozornili na povedené video, které přehledně ukázalo, jak probíhá kalibrace primárního zrcadla Dalekohledu Jamese Webba. Dnes se k tomuto mimořádně zajímavému tématu vracíme ve formě velkého článku, jelikož NASA uvolnila zajímavé informace. Dnes se tedy podíváme, jak přesně probíhá seřizování jednotlivých šestiúhelníkových segmentů během pobytu v kryogenní vakuové komoře na Johnsonově středisku v Houstonu. Cílem je, aby se segmentované primární zrcadlo chovalo stejně jako monolitický díl o průměru šest a půl metru.

Zkoušky, které v této komoře probíhají jsou komplexní a seřizování (též označované jako fázování) 18 šestiúhelníkových segmentů tvoří jen část úkolů. Všechny tyto díly musí odrážet světlo tak, jak mají. Aby byly snímky z teleskopu kvalitní, musí být segmenty zrcadla správně umístěné a musí mít správné prohnutí.

K měření tvaru primárního zrcadla Dalekohledu Jamese Webba používají inženýři interferometr, který vysílá k zrcadlu laserový paprsek. Jelikož je zrcadlo segmentované, je k jeho kontrole zapotřebí speciální interferometr označovaný jako interferometr s více vlnovými délkami (multi-wavelength interferometer). Ten totiž umožňuje inženýrům použít najednou dva paprsky.

Interferometr rozdělí světlo laseru do dvou samostatných paprsků – jeden projde soustavou čoček a odrazí se k primárnímu zrcadlu, zatímco druhý slouží jako referenční (srovnávací) člen. Odražený paprsek interferuje s tím referenčním a inženýři analyzují světelnou vlnu, která vznikla touto interferencí, čímž získají přehled o tvaru a vzájemné poloze zrcadel.

S jednotlivými segmenty je ale často potřeba pohnout – někdy se musí posunout na správné místo, jindy je zase potřeba na ně zatlačit, aby se prohnuly správným směrem. Ve spodní části každého segmentu proto najdeme sedm aktuátorů, které mají na starost pohnout se segmentem tak, aby byl v ideální poloze. Na každém segmentu je šest těchto aktuátorů (což jsou vlastně jen drobné motory) rozmístěno po dvojicích na třech místech po obvodu segmentu ve shodných vzdálenostech od středu – ty se starají o polohu zrcadla v prostoru. Jeden aktuátor je pak připojen k šesti ramenům, z nichž každé se připojuje k jednomu ze šesti rohů – tento aktuátor má na starost seřizování tvaru segmentu.

Aktuátory na každém segmentu jsou schopné provádět extrémně jemné pohyby. Jen díky tomu je možné dosáhnout mimořádné přesnosti při kalibrování primárního zrcadla. „Pracují po krocích, které tvoří zlomky vlnové délky světla, nebo 1/10 000 průměru lidského vlasu,“ popisuje Lee Feinberg, manažer optických dílů teleskopu z Goddardova střediska.

Aktuátory (též zvané akční členy) dokáží velmi jemně upravit tvar zrcadla, čímž zajistí, že k sobě všechny segmenty dokonale sednou. Schopnost provádět tyto korekce je pro JWST klíčová, protože při startu bude jeho zrcadlo rozdělené do tří částí – centrální a dvou krajních. Teprve až ve vesmíru se obě krajní křídla sklopí a zrcadlo bude kompletní. Aktuální zkoušky v komoře tedy mají prokázat, že aktuátory budou mít ve vesmíru dostatečný rozsah pohybů. Jejich teplota bude jen okolo 40 Kelvinů, což jsou podmínky, které zažívají i v komoře A. Pokud tedy zvládnou zkalibrovat zrcadlo v komoře, poradí si s tím i ve vesmíru.

Jakmile jsou segmenty zrcadla správně srovnaná, mohou inženýři začít se zkouškami Webbovy optiky. K tomu jim poslouží zařízení zvané ASPA, což je zkratka z „AOS Source Plate Assembly“. ASPA je testovací hardware, který sedí nad Webbovým spodním optickým subsystémem (Aft Optics Subsystem – AOS) a vysílá testovací laserové paprsky, čímž vytváří zdroje světla – jakési umělé hvězdy. Samotný systém AOS obsahuje terciární a jemně řízená zrcadla.

Testy obsahují i zkoušku zvanou half-pass, tedy něco jako poloviční průchod. ASPA při něm pošle laserový paprsek přímo do AOS, kde se odrazí od terciárního a jemně řízeného zrcadla ke čtyřem vědeckým přístrojům, které jsou umístěné přímo za primárním zrcadlem. Tahle zkouška inženýrům umožní provést měření optiky uvnitř AOS, čímž ověří, že nepohyblivé terciární zrcadlo je vůči ostatním optickým členům správně orientováno. A proč je tato zkouška označována jako „poloviční průchod“? Je to prosté – při běžném provozu se světlo nejprve odrazí od primárního, pak od sekundárního zrcadla a až pak dospěje k tomu terciárnímu. Při této zkoušce je však první polovina této cesty vynechána a začíná se až u terciárního zrcadla.

Další část testu se nazývá “pass-and-a-half”, tedy něco jako průchod a půl. Při něm světlo cestuje optikou teleskopu opačnou cestou. Zdrojem je opět ASPA, ale tentokrát míří k sekundárnímu zrcadlu. To paprsek odrazí k zrcadlu primárnímu, od kterého se odrazí ke stropu kryokomory. Zde umístěná zrcadla pošlou paprsek zpátky k teleskopu a od této chvíle už světlo prochází tradiční cestou až k vědeckým přístrojům. Oproti provozu ve vesmíru je u této zkoušky jeden rozdíl – světlo tu ještě cestou k přístrojům projde oklikou přes ASPA.

„Díky tomuto procesu budeme moci nejen zkontrolovat samotné zarovnání segmentů primárního zrcadla, ale i zarovnání všech optických členů celého teleskopu – primární zrcadlo, sekundární zrcadlo, terciární zrcadlo i jemně řízeného zrcadla uvnitř AOS,“ líčí Paul Geithner, zástupce technického ředitele Webbova teleskopu z Goddardova střediska a dodává: „Díky zkouškám half-pass a pass-and-a-half si ověříme, že všechno je ve správné poloze vůči všemu ostatnímu.“ ASPA samozřejmě nebude součástí teleskopu – jde jen o pozemní testovací vybavení, které bude odstraněno po dokončení kryogenních zkoušek.

Zdroje informací:
https://www.nasa.gov/

Zdroje obrázků:
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/lights_out_.jpg
https://jwst.nasa.gov/images3/mirrors.jpg
https://www.nasa.gov/…/image/mirror_segment_backing_ball_aero.jpg
https://www.nasa.gov/sites/default/files/thumbnails/image/webb_reflected_light.jpg