عندما ينتقل الضوء عبر الفضاء، فإنه يتمدد بفعل توسع الكون.وهذا هو السبب وراء توهج العديد من الأجسام البعيدة بالأشعة تحت الحمراء، والتي لها طول موجي أطول من الضوء المرئي.لا يمكننا رؤية هذا الضوء القديم بالعين المجردة، لكن تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) مصمم لالتقاطه، مما يكشف عن بعض أقدم المجرات التي تشكلت على الإطلاق.
اخفاء الفتحة: مثقوبةمعدنتحجب اللوحة بعضًا من الضوء الذي يدخل التلسكوب، مما يسمح لها بتقليد مقياس التداخل الذي يجمع البيانات من تلسكوبات متعددة لتحقيق دقة أعلى من عدسة واحدة.تبرز هذه الطريقة تفاصيل أكثر في الأجسام شديدة السطوع القريبة، مثل نجمين قريبين في السماء.
مصفوفة البوابة الصغيرة: يمكن فتح أو إغلاق شبكة مكونة من 248.000 بوابة صغيرة لقياس الطيف - انتشار الضوء وصولاً إلى الأطوال الموجية المكونة له - عند 100 نقطة في إطار واحد.
مقياس الطيف: حاجز شبكي أو منشور يفصل الضوء الساقط إلى طيف لعرض شدة الأطوال الموجية الفردية.
الكاميرات: يحتوي تلسكوب جيمس ويب الفضائي على ثلاث كاميرات - اثنتان تلتقطان الضوء في الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء والأخرى تلتقط الضوء في الأطوال الموجية المتوسطة للأشعة تحت الحمراء.
وحدة المجال المتكاملة: تلتقط الكاميرا المدمجة ومقياس الطيف صورة مع طيف كل بكسل، مما يوضح كيفية تغير الضوء في مجال الرؤية.
Coronagraphs: يمكن للوهج الصادر عن النجوم الساطعة أن يحجب الضوء الخافت من الكواكب وأقراص الحطام التي تدور حول تلك النجوم.الكورونوغراف عبارة عن دوائر غير شفافة تحجب ضوء النجوم الساطع وتسمح بمرور الإشارات الأضعف.
مستشعر التوجيه الدقيق (FGS)/مصور الأشعة تحت الحمراء القريبة ومقياس الطيف بدون شق (NIRISS): FGS عبارة عن كاميرا توجيه تساعد في توجيه التلسكوب في الاتجاه الصحيح.تم تجهيزه مع NIRISS الذي يحتوي على كاميرا ومقياس طيفي يمكنه التقاط صور وأطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة.
مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec): يمكن لمقياس الطيف المتخصص هذا الحصول على 100 طيف في نفس الوقت من خلال مجموعة من المغلاقات الدقيقة.هذه هي أول أداة فضائية قادرة على إجراء تحليل طيفي للعديد من الأجسام في وقت واحد.
كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam): ستكون أداة NIRCam هي الأداة الوحيدة التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء القريبة والتي تحتوي على كوروناغراف، وهي أداة رئيسية لدراسة الكواكب الخارجية التي قد يكون ضوءها محجوبًا بسبب وهج النجوم القريبة.وسوف تلتقط صورًا وأطيافًا عالية الدقة للأشعة تحت الحمراء القريبة.
أداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI): هذه المجموعة من الكاميرا/جهاز قياس الطيف هي الأداة الوحيدة في تلسكوب جيمس ويب الفضائي التي يمكنها رؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء المتوسطة المنبعث من الأجسام الباردة مثل أقراص الحطام حول النجوم والمجرات البعيدة جدًا.
قالت أليسا باغان، مهندسة الرؤية العلمية في معهد علوم التلسكوب الفضائي، إن العلماء اضطروا إلى إجراء تعديلات لتحويل البيانات الأولية لـ JWST إلى شيء يمكن للعين البشرية تقديره، لكن صوره "حقيقية"."هل هذا حقا ما سنراه لو كنا هناك؟الجواب هو لا، لأن أعيننا ليست مصممة للرؤية في الأشعة تحت الحمراء، والتلسكوبات أكثر حساسية للضوء من أعيننا.يتيح لنا مجال الرؤية الموسع للتلسكوب رؤية هذه الأجسام الكونية بشكل أكثر واقعية مما تستطيع أعيننا المحدودة نسبيًا رؤيته.يمكن لـ JWST التقاط الصور باستخدام ما يصل إلى 27 مرشحًا تلتقط نطاقات مختلفة من طيف الأشعة تحت الحمراء.يقوم العلماء أولاً بعزل النطاق الديناميكي الأكثر فائدة لصورة معينة ثم قياس قيم السطوع للكشف عن أكبر قدر ممكن من التفاصيل.ثم قاموا بتعيين لون لكل مرشح للأشعة تحت الحمراء في الطيف المرئي، حيث أصبحت الأطوال الموجية الأقصر زرقاء، بينما أصبحت الأطوال الموجية الأطول خضراء وحمراء.قم بتجميعها معًا وستحصل على توازن اللون الأبيض الطبيعي وإعدادات التباين والألوان التي من المحتمل أن يقوم بها أي مصور فوتوغرافي.
في حين أن الصور ذات الألوان الكاملة مبهرة، إلا أنه يتم تحقيق العديد من الاكتشافات المثيرة بطول موجي واحد في كل مرة.هنا، تُظهر أداة NIRSpec ميزات مختلفة لسديم الرتيلاء من خلال مختلفالمرشحات.على سبيل المثال، يشع الهيدروجين الذري (الأزرق) أطوال موجية من النجم المركزي والفقاعات المحيطة به.ويوجد بينهما آثار للهيدروجين الجزيئي (الأخضر) والهيدروكربونات المعقدة (الأحمر).تشير الأدلة إلى أن العنقود النجمي الموجود في الزاوية اليمنى السفلية من الصورة ينفث الغبار والغاز باتجاه النجم المركزي.
نُشرت هذه المقالة في الأصل في مجلة Scientific American 327، 6، 42-45 (ديسمبر 2022) تحت عنوان "وراء الصور".
جين كريستيانسن هو أحد كبار محرري الرسومات في مجلة Scientific American.اتبع كريستيانسن على تويترChristiansenJen
هو محرر أول لقسم الفضاء والفيزياء في مجلة ساينتفيك أمريكان.حصلت على درجة البكالوريوس في علم الفلك والفيزياء من جامعة ويسليان ودرجة الماجستير في الصحافة العلمية من جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز.اتبع موسكوفيتش على تويترClaraMoskowitz.الصورة مجاملة من نيك هيغنز.
اكتشف العلم الذي يغير العالم.استكشف أرشيفنا الرقمي الذي يعود تاريخه إلى عام 1845، بما في ذلك مقالات لأكثر من 150 من الحائزين على جائزة نوبل.