NIRCam

NIRCamは2013年に終了しました
2014年に設置されたNIRCam

NIRCam（近赤外線カメラ）は、ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡に搭載された装置です。0.6～ 5μmの 波長で撮像素子として機能することと、18分割のミラーを1つとして機能させるための波面センサーとして機能するという、2つの主要な役割があります。[ 1 ] [ 2 ]つまり、カメラであり、主鏡の18セグメントの位置合わせ情報を提供するためにも使用されます。[ 3 ]これは、10個の水銀カドミウムテルル化物（HgCdTe）検出器アレイを備えた赤外線カメラで、各アレイには2048×2048ピクセルのアレイがあります。[ 1 ] [ 2 ]カメラの視野は2.2×2.2 分角で、角度分解能は 2μmで0.07秒角です。 [ 1 ] NIRCamにはコロナグラフも装備されており、恒星の近くの太陽系外惑星に関するデータ収集に役立ちます。コロナグラフは光を遮断するため、より明るい物体の隣にあるものを撮影するのに役立ちます。[ 2 ]

NIRCamは統合科学機器モジュール（ISIM）に収容されています。NIRCamは、支柱構造のキネマティックマウントシステムによってISIMに機械的に接続されています。NIRCam光学ベンチアセンブリは、ISIM構造と放熱器に熱ストラップで接続されています。[ 4 ] NIRCamは、32 K（-241.2 °C; -402.1 °F）から37 K（-236.2 °C; -393.1 °F）の範囲で動作するように設計されています。[ 5 ]焦点面電子回路は290 Kで動作します。[ 4 ]

NIRCamは、10,000秒の露出（約2.8時間）で、+29等級の暗い天体を観測できるはずです。[ 6 ]観測は、0.6～5μm（600～5000nm）の波長の光で行われます 。 [ 7 ] 2つの視野で観測でき、どちら側でも画像化するか、波面センシング装置の分光機能から取得できます。[ 8 ]波面センシングは、平均的な人間の髪の毛の太さよりもはるかに細かいです。[ 9 ]少なくとも93ナノメートルの精度で動作する必要があり、テストでは32～52ナノメートルを達成しました。[ 9 ]人間の髪の毛の太さは数千ナノメートルです。[ 9 ]

主要

コンポーネント

NIRCamエンジニアリングテストユニット。コリメートレンズやミラーなどのNIRCamの内部光学系の一部を示しています。

波面センサーの構成要素には以下が含まれる: [ 8 ]

  • 分散型ハルトマンセンサー
  • 2.5～5.0μm範囲のスリットレス分光法用グリズム
  • 弱いレンズ
NIRCAMモジュールのCADモデル

NIRCamの構成要素: [ 10 ]

  • ピックオフミラー
  • コロナグラフ
  • 第一折り返しミラー
  • コリメータレンズ
  • ダイクロイックビームスプリッター
  • 長波フィルターホイール
  • 長波カメラレンズ群
  • 長波焦点面
  • 短波フィルターホイールアセンブリ
  • 短波カメラレンズ群
  • 短波折り畳み鏡
  • 瞳孔結像レンズ
  • 短波焦点面

概要

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の機器と波長別の光の観測範囲を示すインフォグラフィック

NIRCamには冗長性を持たせるため、2つの完全な光学系が搭載されています。[ 3 ]両側は同時に動作し、2つの異なる空の領域を観測できます。この2つの側は、A側とB側と呼ばれます。 [ 3 ]内部光学系に使用されているレンズは、トリプレット屈折望遠鏡です。[ 3 ]レンズの材質は、フッ化リチウム（LiF）、フッ化バリウム（BaF 2）、セレン化亜鉛（ZnSe）です。[ 3 ]トリプレットレンズはコリメート光学系です。[ 11 ]最大のレンズの有効口径は90 mmです。[ 11 ]

観測される波長範囲は、短波長帯と長波長帯に分かれています。[ 12 ]短波長帯は 0.6～2.3 μm、長波長帯は 2.4～5 μm で、どちらも同じ視野とコロナグラフへのアクセスが可能です。[ 12 ] NIRCam の各側は、短波長と長波長の両方で 2.2 分角×2.2 分の空の領域を観測しますが、短波長アームの解像度は 2 倍です。[ 11 ]長波長アームには側ごとに 1 つのアレイ (全体で 2 つ) があり、短波長アームには側ごとに 4 つのアレイ (全体で 8 つ) があります。[ 11 ] Side A と Side B は視野が異なりますが、隣接しています。[ 11 ]言い換えれば、カメラは互いに隣接する2.2分角の広い視野を2つ観測し、それぞれの視野は短波長と長波長で同時に観測され、短波長側の解像度は長波長側の解像度の2倍になります。[ 11 ]

設計と製造

NIRCamの製造者は、アリゾナ大学、ロッキード・マーティン社、テレダイン・テクノロジーズ社で、米国宇宙機関NASAと協力しています。[ 2 ]ロッキード・マーティン社がデバイスのテストと組み立てを行いました。[ 10 ]テレダイン・テクノロジーズ社は、10個の水銀カドミウムテルル化物（HgCdTe）検出器アレイを設計・製造しました。[ 13 ] NIRCamは2013年7月に完成し、JWSTプロジェクトを管理するNASAのゴダード宇宙飛行センターに出荷されました。[ 14 ]

NIRCam の 4 つの主要な科学目標は次のとおりです。

  1. 最初の発光物体の形成と進化を探り、宇宙の再電離の歴史を明らかにします。
  2. 現在見られる天体（銀河、活動銀河、銀河団）が初期宇宙に存在したガス、星、金属からどのように集まり進化してきたかを決定します。
  3. 星と惑星系の誕生についての理解を深めます。
  4. 地球上の生命の構成要素の起源を理解することを目標に、太陽系内の物体の物理的および化学的状態を研究します。

— ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の近赤外線カメラ（NIRCam）による科学機会、ビークマン他[ 15 ]

エレクトロニクス

NIRCam焦点面アセンブリ（FPA）の検査中、2013年

画像センサー（焦点面アレイ）からのデータは焦点面電子機器によって収集され、ISIMコンピュータに送られます。[ 3 ] FPEとISIMコンピュータ間のデータはSpaceWire接続によって転送されます。[ 3 ]また、機器制御電子機器（ICE）もあります。[ 3 ]焦点面アレイには4000万画素が含まれています。[ 14 ]

FPEはFPAに対して以下のものを提供または監視します。[ 14 ]

フィルター

NIRCam + JWST光学望遠鏡要素（OTE）フィルタースループット

NIRcamにはフィルターホイールが搭載されており、光学系から入ってきた光をセンサーで記録する前にフィルターに通すことができます。 [ 15 ]フィルターには一定の範囲の光を通過させ、他の周波数を遮断する機能があります。これにより、NIRCamの操作者は望遠鏡で観測する際に、どの周波数を観測するかをある程度制御できます。[ 15 ]

複数のフィルターを使用することで、遠方の銀河の赤方偏移を測光によって推定することができます。[ 15 ]

NIRcamフィルター: [ 16 ] [ 17 ]

短波長チャネル（0.6～2.3 μm）
  • F070W – 汎用
  • F090W – 汎用
  • F115W – 汎用
  • F140M – 冷たい星、H 2 O、CH4
  • F150W – 汎用
  • F150W2 – F162M、F164N、DHS用ブロッキングフィルター
  • F162M – クールスター、 H 2 O用オフバンド
  • F164N – [FeII]
  • F182M – 冷たい星、H 2 O、CH4
  • F187N – パアルファ
  • F200W – 汎用
  • F210M – H 2 O、CH4
  • F212N – H2
長波長チャネル（2.4～5.0 μm）
  • F250M – CH4、連続体
  • F277W – 汎用
  • F300M – ウォーターアイス
  • F322W2 – 背景最小値。主にグリズムと組み合わせて使用​​します。F323N用のブロッキングフィルターです。
  • F323N – H2
  • F335M – PAH、CH4
  • F356W – 汎用
  • F360M – 褐色矮星、惑星、連続体
  • F405N – Br-α
  • F410M – 褐色矮星、惑星、H 2 O、CH4
  • F430M – CO2、N2
  • F444W – 汎用。F405N、F466N、F470N用のブロッキングフィルター。
  • F460M – CO
  • F466N – CO
  • F470N – H2
  • F480M – 褐色矮星、惑星、連続体

ラベル付き図

NIRcamのコンポーネントのラベル付き図

参照

参考文献

  1. ^ a b c「NIRCAM」 . 2016年12月5日閲覧。
  2. ^ a b c d「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡」 。 2016年12月5日閲覧。
  3. ^ a b c d e f g h「NIRCam Instrument Overview」NASA . 2023年3月9日閲覧。
  4. ^ a b「Lockheed Martin NIRCam Instrument Overview」（PDF） . wp.optics.arizona.edu .
  5. ^ Huff, Lynn W. 「NIRCam Instrument Optics」（PDF） . ircamera.as.arizona.edu .
  6. ^ 「宇宙で最も遠い超新星の検出」（PDF） . 2022年11月12日閲覧。
  7. ^ 「Science Instruments」 . STScI . 2025年7月22日閲覧。
  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). 「James Webb Space Telescope Near-Infrared Camera (JWST NIRCam) によるスリットレス分光法」. MacEwen, Howard A; Fazio, Giovanni G; Lystrup, Makenzie; Batalha, Natalie; Siegler, Nicholas; Tong, Edward C (eds.). Space Telescopes and Instrumentation 2016: Optical, Infrared, and Millimeter Wave . Vol. 9904. pp. 99040E. arXiv : 1606.04161 .土井: 10.1117/12.2231347。S2CID 119271990。 
  9. ^ a b c「ロッキード・マーティン、NASA望遠鏡向けに史上最高感度の赤外線観測機器の一つを準備」 www.lockheedmartin.com . 2017年1月21日閲覧。
  10. ^ a b “NIRCam for JWST” . 2021年11月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2016年12月5日閲覧。
  11. ^ a b c d e f「NIRCam Instrument Overview」（PDF） 。 2016年11月17日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2016年12月9日閲覧。
  12. ^ a b「JWST – eoPortalディレクトリ – 衛星ミッション」。
  13. ^ 「NIRCam検出器の概要」。JWSTユーザードキュメント。
  14. ^ a b c「ロッキード・マーティン、近赤外線カメラを出荷」。ロッキード・マーティンプレスリリース。
  15. ^ a b c d「ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）の近赤外線カメラ（NIRCam）による科学的機会」（PDF） 。 2022年11月12日閲覧。
  16. ^ “NIRCam” . 2022年5月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2020年2月23日閲覧。
  17. ^ 「NIRCamフィルター – JWSTユーザードキュメント」 . jwst-docs.stsci.edu . 2022年8月6日閲覧。
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