Артефакт дифракции на тестовом изображении, выровненном по JWST, от 16 марта 2022 г.

16 марта 2022 года мы получили первое изображение звезды с JWST , на котором все 18 сегментов были выровнены и совмещены. Какое чудесное фото:

Изображение оценки юстировки телескопа

(Источник: Webb Twitter . Полное разрешение 18 Мп на веб-странице НАСА )

Мне любопытно, почему у этой центральной звезды на изображении шесть очень очевидных «лучей». В небрежном комментарии, который я где-то прочитал (или услышал), говорилось, что это связано с шестиугольной формой главного зеркала JWST.

Я думаю, это должно относиться к внешнему периметру главного зеркала.

Так,

  1. Если бы периметр главного зеркала был круглым, не было бы этих артефактных лучей?

  2. Как эти артефакты удаляются?

Мне приходит в голову, что каждый источник света на изображении должен иметь эти артефакты в той или иной форме (не только в центре изображения), поэтому эти причудливые шестиугольные световые лучи (конечно, в том числе и от ИК-источников) должны быть (потенциально) где угодно (везде?) на изображении.

Существует ли какое-нибудь великолепное программное обеспечение для оптики, которое занимается обработкой необработанных данных изображения, удаляя эти артефакты, включая даже те места, где они перекрываются с другими (неартефактными) источниками света (и оставляя неартефактные «хорошие» данные)?

В более общем плане, есть ли хороший (общий) отчет о конвейере обработки изображений для данных из JWST?

Это действительно красивый образ. К вашему сведению, изображение здесь в фокальной плоскости представляет собой двумерное преобразование Фурье главного зеркала. Как указывает asdfex, центральная звезда сильно передержана, так что дифракционная картина выделяется. Узор в основном шестиугольный, что соответствует шестиугольной симметрии общей формы, узким промежуткам между сегментами и «отсутствующему» сегменту в середине. Но есть также одна важная особенность (горизонтальная полоса) не на шестиугольной схеме, которая, предположительно, связана с верхним опорным рычагом, удерживающим вторичное зеркало.
@RogerWood Да, это может быть верхняя рука. Два других, кажется, совпадают с шестигранной формой. Но может быть и какой-то другой оптический элемент ближе к приборам.
См. также astronomy.stackexchange.com/q/48836/15228 , в котором содержится более подробное описание.
Имейте в виду, что целевая звезда, используемая для этого выравнивания, слишком яркая , чтобы быть полезной научной целью. Эти большие яркие всплески намного, намного слабее, чем сама звезда, которая чрезмерно перенасыщена и скрыта цветением. Посмотрите на другие объекты на изображении: только в паре случаев видны шипы. JWST не предназначен для того, чтобы смотреть на звезды таким образом, это просто удобный тест для выравнивания зеркал.
Возможно, часть этого вопроса должна заключаться в следующем: если дифракционные всплески можно удалить, почему они не были удалены на этом изображении?
@Wyck Это не научное изображение, а рекламное. И эти шипы выглядят намного лучше, чем просто переэкспонированное размытое пятно в середине.

Ответы (3)

Эти звездообразные структуры вызваны дифракцией света на любой структуре внутри оптического пути и называются дифракционными пиками . В случае JWST это вызвано, как вы говорите, границами между сегментами зеркала и внешней формой зеркала. Вы можете испытать тот же эффект с любой камерой, имеющей механические лепестки диафрагмы (ищите «звездочки диафрагмы»).

Если бы периметр главного зеркала был круглым, не было бы этих артефактных лучей?

Да и нет. Дифракция будет одинаковой во всех направлениях и, следовательно, будет намного менее заметной. Но просто наличие круглых зеркал не помогает — между зеркалами, имеющими заостренную звездообразную форму, все равно будут промежутки, вызывающие аналогичные эффекты.

Мне приходит в голову, что каждый источник света на изображении должен иметь эти артефакты в той или иной форме, поэтому эти причудливые шестиугольные световые лучи должны быть (везде?) на изображении.

Да, они есть. Вы можете увидеть еще пару объектов, на которых видны те же артефакты.

Как эти артефакты удаляются?

Поскольку мы знаем точную оптическую структуру телескопа, мы можем вывести функцию деконволюции, которая описывает, как дифрагирует свет от точечного источника, которую можно использовать для реверсирования частей эффекта.

Но, это не так необходимо, как кажется. Основная причина этого эффекта на сегодняшнем изображении заключается в том, что центральная звезда сильно передержана. Помните, что это звезда, и ее размер должен составлять всего 1 пиксель, если экспозиция (и фокусировка) выполнена правильно. Это также является причиной того, что только несколько объектов на изображении показывают артефакты: это очень слабый рисунок, видимый только для очень ярких объектов. Все правильно экспонированные объекты (т.е. те, у которых нет белого ядра) его не показывают.

Re "Эти звезды..." : Вы не имеете в виду "Эти шипы ..." ?
@PeterMortensen Нам нужно больше разных слов. Это должны были быть звезды, подобные геометрической структуре.

Это просто дополнение к отличному ответу @asdfex - и для моего собственного любопытства. Это показывает БПФ «селфи» апертуры с веб-сайта НАСА . БПФ действительно показывает горизонтальную полосу, возникающую из тени вертикальной стойки. Но есть и другие отличия, которые я не могу объяснить. Возможно, некоторые из них возникают из-за относительно плохого разрешения изображения «селфи», с которым я работал, и, возможно, некоторые возникают из-за алиасинга (понижающей дискретизации) при создании этого изображения.

Апертура и изображение JWST

Селфи — очевидный выбор для этого. Я искал что-то вчера, но не смог найти ничего хорошего. Какие еще отличия вы имеете в виду? Точечная структура? Это видно по звездам вокруг менее передержанных объектов ниже и левее центра.
@asdfex шестиугольный узор гораздо более доминирует на исходном изображении НАСА. Я понимаю, что мое изображение - это абс (ффт), и оно должно быть абс (ффт) ^ 2 мощности. Может быть, это поможет. Я могу еще раз взглянуть сегодня днем.
@asdfex Я вижу, что у uhoh есть очень хороший ответ на обмен стеками астрономии на аналогичный вопрос. astronomy.stackexchange.com/questions/48836/… Он имеет похожий рисунок «пятна».
Спекл-паттерн возникает из-за того, что преобразование Фурье выполняется в один конкретный момент времени, получая одну конкретную фазу. На реальном изображении фаза источника колеблется, и это может привести к изменению спеклов в течение периода световой волны (обратного ее частоте). Различные фазы пятен усредняются на изображении, экспозиция которого обычно намного длиннее этого периода, что дает пики без пятен.
Я должен добавить, что также будут артефакты стоячих волн, где интерференция гасит свет, как в кольцах диска Эйри.
@robjohn «спекл», вероятно, был неудачным выбором слова. На самом деле это тонкий шестиугольный узор, который, по-видимому, напрямую соответствует тому факту, что центры всех ребер попадают в шестиугольный массив. Это фиксированная функция БПФ. На изображении этого не видно. Вместо этого каждое из плеч мелко гофрировано линейными полосами. Я предполагаю, что это как-то связано с самими краями, падающими на параболические кривые на зеркальной поверхности (а не на плоской поверхности).
@RogerWood Я смотрю на «четвертной корень интенсивности» на коронографических графиках и оставил комментарий о том, что квадратный корень пропорционален абсолютному значению амплитуды, но я смутно припоминаю изображение и обсуждение в комментариях об этом либо в Space или Astronomy SE и не могу найти его сейчас. Вам это знакомо?

Это отличная инфографика, которая объясняет это:

введите описание изображения здесь

Источник: https://webbtelescope.org/contents/media/images/01G529MX46J7AFK61GAMSHKSSN .

ИЛЛЮСТРАЦИЯ: НАСА, ЕКА, CSA, Лия Хастак (STScI), Джозеф Де Паскуале (STScI)

Артефакт дифракции на тестовом изображении, выровненном по JWST, от 16 марта 2022 г.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v