Python模拟詹姆斯韦伯太空望远镜

下载

STPSF原名叫WebbPSF，是太空望远镜科学研究所（STScI）开发的开源 Python模块，专门用于模拟詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的点扩散函数（PSF）。后来STScI可能觉得光一个韦伯太单调了，于是又新增了一些望远镜，故而更名为STPSF(Space Telescope PSF)。

stpsf基于poppy实现，可通过pip安装

pip install stpsf

但安装不是什么问题，关键需要下载望远镜数据。在第一次调用JWST时，会自动下载。

importstpsf nc=stpsf.NIRCam()

如果下载失败，则会给出下载地址STPSF安装，找到stpsf-data-LATEST.tar.gz链接，貌似需要科学上网。

下载完成后，将其解压到stpsf的数据路径，具体位置可通过下面的函数查询

stpsf.utils.get_stpsf_data_path()

JWST

JWST实在是没必要介绍了，其著名摄影作品宇宙悬崖完全碾压哈伯的代表作创生之柱，都快赶上黑洞表情包了。下面就来看一下，这位著名宇宙摄影师的庐山真面目

importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltimportstpsf plt.rcParams['font.sans-serif']=['Times New Roman']nc=stpsf.NIRCam()# 初始化NIRCamape=nc.get_optical_system().planes[0]# 获取光学系统的第一个光学元件arr=ape.get_transmission(0)plt.imshow(arr,cmap='gray',extent=[-3.5,3.5,-3.5,3.5])plt.show()

出图如下，打眼一看，穿着背带裤还挺潮。当然，这个背带实际上是JWST的支撑结构。

代码中，在通过【NIRCam】创建JWST的近红外相机后，先提取其孔径，然后调用【get_transmission】函数，通过输入0来对其采样，获得一个二维数组。

display

如果追根溯源的话，NIRCam的父类依次是JWInstrument->SpaceTelescopeInstrument->Instrument，其中【Instrument】是poppy中的基础类，内部提供了display函数，换言之，NIRCam可以直接调用display函数来画图，示例如下

nc=stpsf.NIRCam()nc.display()plt.show()

图像为

其中，

• 左上图为JWST入瞳透射率，用于描绘JWST主镜的通光区域，左下角+V3/+V2为JWST的坐标系方向，+V3指向太阳，+V2指向地球。
• 右上图为JWST入瞳光程差，表示入瞳处实际波前与理想平面波前的差异，
• 左下图为NIRCam内部的孔径函数
• 右下图为NIRCam内部光程差

可以很明显地看到，右下角有一个六边形的镜片面型很差，这不是工作人员的疏忽，而是被陨石给砸的。