NIRCam

NIRCam
NIRCam
NIRCam embalada em 2013
NIRCam sendo instalada em 2014

NIRCam (Near-InfraRed Camera) ou Câmera do Infravermelho Próximo é um instrumento a bordo do Telescópio Espacial James Webb. Tem duas principais funções: como imageador de 0,6 a 5 micrômetros de comprimento de onda e como sensor de frente de onda para manter os 18 segmentos de espelho funcionando como um só.[1][2] Em outras palavras, é uma câmera e também é usada para fornecer informações para alinhar os 18 segmentos do espelho primário.[3] É uma câmera infravermelha com dez arranjos detectores de mercury cadmium telluride (HgCdTe), e cada arranjo tem uma matriz de 2048×2048 pixels.[1][2] A câmera tem um campo de visão de 2,2×2,2 minuto de arco com uma resolução angular de 0,07 segundo de arco a 2 μm.[1] A NIRCam também está equipada com coronógrafos, que ajudam a coletar dados sobre exoplanetas próximos a estrelas. Ajuda no imageamento de qualquer coisa próxima a um objeto muito mais brilhante, porque o coronógrafo bloqueia essa luz.[2]

A NIRCam está alojada no Módulo Integrado de Instrumentos Científicos (ISIM). Está conectada ao ISIM mecanicamente com um sistema de suportes cinemáticos na forma estrutural de escoras. Há correias térmicas conectando o conjunto da bancada óptica da NIRCam à estrutura do ISIM e aos radiadores térmicos.[4] Foi projetada para operar entre 32 K (−241,2 °C; −402,1 °F) e 37 K (−236,2 °C; −393,1 °F).[5] A Eletrônica do Plano Focal opera a 290 K.[4]

A NIRCam deve ser capaz de observar objetos tão fracos quanto magnitude +29 com uma exposição de 10.000 segundos (cerca de 2,8 horas).[6] Faz essas observações em luz de 0,6 a 5 μm (600 a 5000 nanômetros) de comprimento de onda.[7] Pode observar em dois campos de visão, e qualquer lado pode fazer imageamento, ou a partir das capacidades do equipamento sensor de frente de onda, espectroscopia.[8] O sensoriamento da frente de onda é muito mais fino que a espessura de um fio de cabelo humano comum.[9] Deve funcionar com uma precisão de pelo menos 93 nanômetros e em testes até conseguiu entre 32 e 52 nm.[9] Um fio de cabelo humano tem milhares de nanômetros de diâmetro.[9]

Principal

Componentes

Unidade de Teste de Engenharia da NIRCam, mostrando algumas das óticas internas da NIRCam, como as lentes colimadoras e os espelhos

Os componentes do sensor de frente de onda incluem:[8]

  • Sensores Hartmann dispersos
  • Prisma de redes para espectroscopia sem fenda na faixa de 2,5–5,0 μm
  • Lentes fracas
Modelo CAD do módulo NIRCAM

Partes da NIRCam:[10]

  • Espelho de seleção
  • Coronógrafo
  • Espelho de primeira dobra
  • Lentes colimadoras
  • Divisor de feixe dicróico
  • Roda de filtros de onda longa
  • Grupo de lentes da câmera de onda longa
  • Plano focal de onda longa
  • Conjunto da roda de filtros de onda curta
  • Grupo de lentes da câmera de onda curta
  • Espelho de dobra de onda curta
  • Lente de imageamento pupilar
  • Plano focal de onda curta

Visão geral

Infográfico dos instrumentos do Telescópio Espacial James Webb e suas faixas de observação da luz por comprimento de onda

A NIRCam tem dois sistemas ópticos completos para redundância.[3] Os dois lados podem operar ao mesmo tempo e visualizar duas seções separadas do céu; os dois lados são chamados de lado A e lado B.[3] As lentes usadas nas óticas internas são refratores tripletos.[3] Os materiais das lentes são fluoreto de lítio (LiF), fluoreto de bário (BaF2) e seleneto de zinco (ZnSe).[3] As lentes tripletas são óticas colimadoras.[11] A maior lente tem 90 mm de abertura clara.[11]

A faixa de comprimento de onda observada é dividida em uma banda de comprimento de onda curto e uma banda de comprimento de onda longo.[12] A banda de comprimento de onda curto vai de 0,6 a 2,3 μm e a banda de comprimento de onda longo vai de 2,4 a 5 μm; ambas têm o mesmo campo de visão e acesso a um coronógrafo.[12] Cada lado da NIRCam visualiza uma seção de 2,2 minutos de arco por 2,2 minutos de arco do céu tanto nos comprimentos de onda curtos quanto longos; no entanto, o braço de comprimento de onda curto tem o dobro da resolução.[11] O braço de comprimento de onda longo tem uma matriz por lado (duas no total), e o braço de comprimento de onda curto tem quatro matrizes por lado, ou 8 no total.[11] O Lado A e o Lado B têm um campo de visão único, mas são adjacentes um ao outro.[11] Em outras palavras, a câmera olha para dois campos de visão de 2,2 minutos de arco de largura que estão próximos um do outro, e cada uma dessas visualizações é observada em comprimentos de onda curtos e longos simultaneamente, com o braço de comprimento de onda curto tendo o dobro da resolução do braço de comprimento de onda mais longo.[11]

Projeto e fabricação

Os construtores da NIRCam são a Universidade do Arizona, a empresa Lockheed Martin e a Teledyne Technologies, em cooperação com a agência espacial americana, NASA.[2] A Lockheed Martin testou e montou o dispositivo.[10] A Teledyne Technologies projetou e fabricou os dez arranjos detectores de mercury-cadmium-telluride (HgCdTe).[13] A NIRCam foi concluída em julho de 2013 e foi enviada para o Centro de Voo Espacial Goddard, que é o centro da NASA que gerencia o projeto JWST.[14]

Os quatro principais objetivos científicos da NIRCam incluem:

Eletrônica

Conjunto do Plano Focal da NIRCam (FPA) passando por inspeção, 2013

Os dados dos sensores de imagem (Arranjos do Plano Focal) são coletados pela Eletrônica do Plano Focal e enviados para o computador do ISIM.[3] Os dados entre o FPE e o computador do ISIM são transferidos por conexão SpaceWire.[3] Há também a Eletrônica de Controle do Instrumento (ICE).[3] Os Arranjos do Plano Focal contêm 40 milhões de pixels.[14]

O FPE fornece ou monitora o seguinte para o FPA:[14]

  • Energia regulada
  • Sincronização de dados de saída
  • Controle de temperatura
  • Controles de modo operacional
  • Condicionamento de dados de imagem
  • Amplificação de dados de imagem
  • Digitalização de dados de imagem

Filtros

Transmissões dos filtros da NIRCam + Elemento de Telescópio Óptico (OTE) do JWST

A NIRcam inclui rodas de filtros que permitem que a luz vinda das óticas seja enviada através de um filtro óptico antes de ser registrada pelos sensores.[15] Os filtros têm uma certa faixa na qual permitem que a luz passe, bloqueando as outras frequências; isso permite aos operadores da NIRCam algum controle sobre quais frequências são observadas ao fazer uma observação com o telescópio.[15]

Usando múltiplos filtros, o desvio para o vermelho de galáxias distantes pode ser estimado por fotometria.[15]

Filtros da NIRcam:[16][17]

Canal de comprimento de onda curto (0,6–2,3 μm)
  • F070W – Uso geral
  • F090W – Uso geral
  • F115W – Uso geral
  • F140M – Estrelas frias, H2O, CH4
  • F150W – Uso geral
  • F150W2 – Filtro de bloqueio para F162M, F164N e DHS
  • F162M – Estrelas frias, fora da banda para H2O
  • F164N – [FeII]
  • F182M – Estrelas frias, H2O, CH4
  • F187N – Pa-alfa
  • F200W – Uso geral
  • F210M – H2O, CH4
  • F212N – H2
Canal de comprimento de onda longo (2,4–5,0 μm)
  • F250M – CH4 continuum
  • F277W – Uso geral
  • F300M – Gelo d'água
  • F322W2 – Mínimo de fundo. Usado principalmente com prismas de rede. Filtro de bloqueio para F323N.
  • F323N – H2
  • F335M – PAH, H2
  • F356W – Uso geral
  • F360M – Anãs marrons, planetas, continuum
  • F405N – Br-alfa
  • F410M – Anãs marrons, planetas, H2O, CH4
  • F430M – CO2, N
    2
  • F444W – Uso geral. Filtro de bloqueio para F405N, F466N, F470N.
  • F460M – CO
  • F466N – CO
  • F470N – H2
  • F480M – Anãs marrons, planetas, continuum

Diagrama rotulado

Diagrama rotulado dos componentes da NIRcam

Ver também

  • Elemento de Telescópio Óptico
  • Cronologia do Telescópio Espacial James Webb
  • Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrometer (instrumento NIR do Hubble extinto)
  • Wide Field Camera 3 (instrumento NIR atual do Hubble)
  • MIRI (Mid-Infrared Instrument) (câmera/espectrógrafo de 5–28 μm do JWST)
  • Infrared Array Camera (câmera de infravermelho próximo a médio do Spitzer)

Referências

  1. ↑ a b c «NIRCAM». Consultado em 5 de dezembro de 2016 
  2. ↑ a b c d «The James Webb Space Telescope». Consultado em 5 de dezembro de 2016 
  3. ↑ a b c d e f g h «NIRCam Instrument Overview». NASA. Consultado em 9 de março de 2023 
  4. ↑ a b «Lockheed Martin NIRCam Instrument Overview» (PDF). wp.optics.arizona.edu 
  5. ↑ https://ircamera.as.arizona.edu/nircam/pdfs/5904-4_Huff.pdf
  6. ↑ «Detecting the Most Distant Supernova in the Universe» (PDF). Consultado em 12 de novembro de 2022 
  7. ↑ https://www.stsci.edu/jwst/instrumentation/instruments#section-a45ab8d4-dcc6-4088-a76b-404e1c13aa21
  8. ↑ a b 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)». In: MacEwen, Howard A; Fazio, Giovanni G; Lystrup, Makenzie; Batalha, Natalie; Siegler, Nicholas; Tong, Edward C. Space Telescopes and Instrumentation 2016: Optical, Infrared, and Millimeter Wave. 9904. [S.l.: s.n.] pp. 99040E. arXiv:1606.04161Acessível livremente. doi:10.1117/12.2231347 
  9. ↑ a b c «Lockheed Martin Readies One of the Most Sensitive IR Instruments Ever Made for NASA Telescope». www.lockheedmartin.com. Consultado em 21 de janeiro de 2017 
  10. ↑ a b «NIRCam for JWST». Consultado em 5 de dezembro de 2016. Arquivado do original em 3 de novembro de 2021 
  11. ↑ a b c d e f «NIRCam Instrument Overview» (PDF). Consultado em 9 de dezembro de 2016. Arquivado do original (PDF) em 17 de novembro de 2016 
  12. ↑ a b «JWST – eoPortal Directory – Satellite Missions» 
  13. ↑ «NIRCam Detector Overview». JWST User Documentation 
  14. ↑ a b c «Lockheed Martin Ships Near Infrared Camera». Lockheed Martin Press Releases 
  15. ↑ a b c d «Science Opportunities with the Near-IR Camera (NIRCam) on the James Webb Space Telescope (JWST)» (PDF). Consultado em 12 de novembro de 2022 
  16. ↑ «NIRCam» 
  17. ↑ «NIRCam Filters – JWST User Documentation». jwst-docs.stsci.edu. Consultado em 6 de agosto de 2022 

Ligações externas

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