Телескоп Джеймса Уэбба, запущенный в 2021 году за 10 миллиардов долларов, столкнулся с неожиданной проблемой. На борту установлен единственный австралийский прибор — интерферометр с апертурной маской (AMI), созданный астрономом Питером Татхиллом. Этот крошечный металлический элемент должен был диагностировать оптические искажения телескопа, но сам оказался практически бесполезен из-за электронного эффекта: яркие пиксели «перетекали» в соседние темные, размывая изображение.
Ученые научили космический телескоп Джеймс Уэбб видеть планеты в 10 раз четче
Исследователи из Сиднейского университета устранили критический дефект в работе космического телескопа Джеймса Уэбба, который мешал наблюдать далекие планеты. С помощью машинного обучения команда исправила размытие изображений, вызванное утечкой электронного сигнала и улучшила чувствительность прибора более чем в десять раз.
«Селфи», сделанное во время испытаний Джеймса Уэбба на Земле. Ball Aerospace
Телескоп Уэбба расположен в 1,5 миллионах километров от Земли — в четыре раза дальше Луны. В отличие от Хаббла, вращающегося на высоте нескольких сотен километров и доступного для ремонта астронавтами, Уэбб невозможно обслуживать физически. Когда в 1993 году выяснилось, что зеркало Хаббла неправильно отшлифовано, семь астронавтов на шаттле Endeavor установили корректирующую оптику. Для Уэбба единственный способ исправления — программная обработка данных на Земле. И это получилось.
Основное зеркало телескопа Джеймса Уэбба состоит из 18 точно отшлифованных шестиугольных сегментов.
Команда ученых создала компьютерную модель, имитирующую оптическую физику AMI, и соединила ее с моделью машинного обучения для коррекции электронных искажений. После обучения на тестовых звездах система научилась восстанавливать четкость данных без изменения аппаратуры в космосе. Результаты опубликованы на сервере препринтов arxiv и arxiv.
Восстановление четкости
И все получилось. В системе звезды HD 206893 проявились ранее недоступные объекты — тусклая планета и самый красный из известных коричневых карликов. AMI получил четкие снимки вулканов на спутнике Юпитера Ио, джета черной дыры в центре галактики NGC 1068. AMI может четко разрешил ленту пыли вокруг пары звезд под названием WR 137.
Луна Юпитера Ио, снятая камерой AMI на телескопе Джеймс Уэбб. Видны четыре ярких пятна — это вулканы, расположенные именно там, где и ожидалось.
Код, созданный для AMI, позволит настраивать и более сложные камеры на проектируемом космическом телескопе Roman. Его камеры требуют такой точной оптической калибровки, что она составляет лишь долю нанометра, что превышает возможности любых известных материалов.
Уже сегодня разработанный метод открывает возможность поиска планет земного типа на недостижимых ранее расстояниях.