詹姆斯·韦伯太空望远镜团队如何捕捉到DART任务飞船撞向小行星 _美国

据美国宇航局（By Thaddeus Cesari）：9月，詹姆斯·韦伯太空望远镜观察到美国宇航局的双小行星重定向测试(DART)故意将一艘飞船撞向一颗小行星，这是世界上首次在太空进行的行星防御测试。今天，我们来听听美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心负责行星科学的韦伯副项目科学家斯蒂芬妮·米拉姆讲述韦伯团队是如何捕捉到这些独一无二的观测结果的。
为了观测NASA的DART任务撞击事件，Webb不得不超出其要求和测试的观测能力。在发射之前，天文学家计划用韦伯观察太阳系物体，这意味着它被设计用来跟踪相对于宇宙中的恒星和星系移动的目标。由于Webb是一个大型船形天文台，其大型遮阳罩和突出的镜子像帆船一样竖立在顶部，这被认为是一个挑战，我们希望在发射前进行模拟，并在试运行期间进行严格测试。我们必须确保我们能够以指向固定目标时同样的精度跟踪这些移动的物体。一般来说，使用一种称为精细制导传感器(FGS)的特殊相机，韦伯锁定一个所谓的引导星，以保持非常精确地指向目标。移动目标观测是通过在FGS视场内以移动目标的精确速率移动引导星来执行的。这确保了科学目标在指定的科学仪器中保持静止。这当然也意味着恒星和星系的背景场在移动的目标图像中漂移，就像拍一张赛车的照片，同时将背景观众变成一个条纹模糊。

DART撞击前的一系列Webb NIRCam观测(滤波器:F070W) 。
美国东部时间9月26日下午7点14分，撞击后五个小时。这些观测的成功依赖于更快的运动目标跟踪速率的实现。Image Credits: Science: NASA, ESA, CSA, Cristina Thomas (Northern Arizona University), Ian Wong (NASA-GSFC); Joseph DePasquale (STScI)
我们与FGS团队和天文台飞行软件工程师一起努力工作，以确保天文台的飞行前模拟展示了跟踪能力，速度限制最初设置为火星的速度(每秒30毫弧秒或17小时内满月的宽度！).韦伯以这个名义速度极限出发。但是太阳系科学家——特别是那些研究小行星、彗星和星际物体等快速移动的小天体的科学家——真的想观察比火星移动更快的物体。当然，当这些物体远离地球和太阳，因此移动较慢时，我们可以观察到它们，但这并不总是与它们最令人感兴趣的时候一致，例如，当彗星经历爆发时。
因此，我们不仅要证实韦伯在试运行期间能够以飞行前的速度极限进行跟踪，还要证明天文台能够以更快的速度进行跟踪。我们第一颗小行星6481丹增的速度很慢，只有每秒5毫弧秒(其他小行星是每秒18毫弧秒) 。所有这些测试都很成功，我们证实了韦伯确实擅长以高达67 mas/s的速度追踪移动物体(241ʺ/hr).
这对所有计划使用韦伯的太阳系科学家来说是个好消息！
我们面临的下一个挑战是，在DART任务撞击期间研究Didymos的保证时间观测计划(计划1245，PI:北亚利桑那大学的Cristina Thomas)正在计划中。项目协调员，太空望远镜科学研究所的托尼·罗曼想在DART航天器(超过100 mas/s或360ʺ/hr)与Webb撞击期间，尝试与Webb一起跟踪小行星。根据罗曼的说法，“如果跟踪速度慢于迪迪莫斯的实际运动速度，就会导致图像模糊。如果我们能以迪迪莫斯的实际速度进行追踪，那就能充分利用这个独一无二的机会。”这远远快于我们试运行以来的最快速度，但该项目确信我们应该尝试这一点，以支持另一项美国宇航局的任务，结合哈勃太空望远镜的同步观测。在飞行模拟器上进行了测试，以验证软件和硬件能够处理这些超快跟踪速率。该系统被调整了几次，以优化性能，并确保我们可以跟踪移动如此之快的物体。一旦被模拟器的结果所说服，我们计划对航天器进行一些工程测试，对近地小行星2010 DF1进行两次观测，运动速率分别为(324和396ʺ/hr).这是韦伯视野中最快、最亮的小行星，我们可以在接近飞镖撞击速度的情况下进行测试。如果我们能成功追踪这颗小行星，我们就能追踪DART撞击事件。在飞镖撞击迪莫尔福斯的前两个星期，我们才完成了最后的测试。

韦伯的近红外照相机(NIRCam)以90 mas/s的速度跟踪小行星2010 DF1的一系列观测结果(过滤器:F322W2) 。这是9月9日的10张照片，总曝光时间为311秒。Image credit: Ian Wong (NASA-GSFC).
准备了监测灾难援助反应队影响的观测数据，并上传到天文台；在预定的时间，就在撞击之前，一系列的观察开始执行——并且是成功的。随着数据流入档案进行分析，美国宇航局戈达德的Ian Wong完成了一项快速而彻底的分析，验证了超高速率是成功的！我们已经证明，我们可以与韦布一起计划像DART impact这样的事件，并有漂亮的结果可以展示。在分析撞击数据的同时，我们现在已经确认，我们可以用韦伯望远镜跟踪和观察超过100 mas/s (360ʺ/hr)的目标。然而，我们可能不会经常使用高利率。虽然取得了成功，但他们在计划和安排方面仍面临挑战。在这样的速度下，引导星只能在FGS视野内停留很短的时间。这意味着我们将不得不使用多个引导星来支持更长时间的观察，并且改变引导星会带来复杂性和低效率。最后，为韦伯设定的新的速度限制现在是75 mas/s，以备将来观测之用，但最高可达100 mas/s的速度可能需要特别许可。
–斯蒂芬妮·米拉姆，韦伯的行星科学副项目科学家，美国宇航局戈达德