Während sich Licht durch den Raum bewegt, wird es durch die Ausdehnung des Universums gedehnt.Aus diesem Grund leuchten viele der am weitesten entfernten Objekte im Infrarotbereich, der eine längere Wellenlänge als sichtbares Licht hat.Wir können dieses uralte Licht mit bloßem Auge nicht sehen, aber das James Webb Space Telescope (JWST) ist darauf ausgelegt, es einzufangen und einige der frühesten Galaxien zu enthüllen, die jemals entstanden sind.
Blendenmaskierung: A perforiertMetallDie Platte blockiert einen Teil des in das Teleskop eintretenden Lichts und ermöglicht so die Nachahmung eines Interferometers, das Daten von mehreren Teleskopen kombiniert, um eine höhere Auflösung als eine einzelne Linse zu erreichen.Diese Methode bringt mehr Details bei sehr hellen Objekten in unmittelbarer Nähe hervor, beispielsweise bei zwei nahegelegenen Sternen am Himmel.
Micro Gate Array: Ein Gitter aus 248.000 kleinen Gates kann geöffnet oder geschlossen werden, um das Spektrum – die Ausbreitung des Lichts bis hin zu seinen einzelnen Wellenlängen – an 100 Punkten in einem Frame zu messen.
Spektrometer: Ein Gitter oder Prisma zerlegt einfallendes Licht in ein Spektrum, um die Intensität einzelner Wellenlängen anzuzeigen.
Kameras: JWST verfügt über drei Kameras – zwei, die Licht im nahen Infrarotwellenlängenbereich erfassen, und eine, die Licht im mittleren Infrarotwellenlängenbereich erfasst.
Integrierte Feldeinheit: Die Kombination aus Kamera und Spektrometer erfasst ein Bild zusammen mit dem Spektrum jedes Pixels und zeigt, wie sich das Licht im Sichtfeld verändert.
Koronagraphen: Die Blendung heller Sterne kann das schwache Licht von Planeten und Trümmerscheiben, die diese Sterne umkreisen, blockieren.Koronographen sind undurchsichtige Kreise, die helles Sternenlicht blockieren und schwächere Signale durchlassen.
Feinführungssensor (FGS)/Nahinfrarotbildgeber und spaltloses Spektrometer (NIRISS): Der FGS ist eine Ausrichtungskamera, die dabei hilft, das Teleskop in die richtige Richtung zu richten.Im Lieferumfang ist NIRISS enthalten, das über eine Kamera und ein Spektrometer verfügt, die Bilder und Spektren im nahen Infrarot erfassen können.
Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec): Dieses Spezialspektrometer kann über eine Reihe von Mikroverschlüssen gleichzeitig 100 Spektren erfassen.Dies ist das erste Weltrauminstrument, das eine Spektralanalyse so vieler Objekte gleichzeitig durchführen kann.
Nahinfrarotkamera (NIRCam): Als einziges Nahinfrarotinstrument mit einem Koronographen wird die NIRCam ein wichtiges Werkzeug für die Untersuchung von Exoplaneten sein, deren Licht sonst durch das Blendlicht naher Sterne verdeckt würde.Es wird hochauflösende Nahinfrarotbilder und -spektren erfassen.
Mittelinfrarot-Instrument (MIRI): Diese Kombination aus Kamera und Spektrograph ist das einzige Instrument im JWST, das Licht im mittleren Infrarotbereich sehen kann, das von kühleren Objekten wie Trümmerscheiben um Sterne und sehr entfernte Galaxien ausgestrahlt wird.
Wissenschaftler mussten Anpassungen vornehmen, um die Rohdaten von JWST in etwas umzuwandeln, das das menschliche Auge wahrnehmen kann, aber seine Bilder seien „real“, sagte Alyssa Pagan, eine wissenschaftliche Vision-Ingenieurin am Space Telescope Science Institute.„Würden wir das wirklich sehen, wenn wir dort wären?Die Antwort lautet „Nein“, denn unsere Augen sind nicht dafür ausgelegt, im Infrarotbereich zu sehen, und Teleskope reagieren viel empfindlicher auf Licht als unsere Augen.“Das erweiterte Sichtfeld des Teleskops ermöglicht es uns, diese kosmischen Objekte realistischer zu sehen, als es unsere relativ begrenzten Augen können.JWST kann Bilder mit bis zu 27 Filtern aufnehmen, die verschiedene Bereiche des Infrarotspektrums erfassen.Wissenschaftler isolieren zunächst den nützlichsten Dynamikbereich für ein bestimmtes Bild und skalieren die Helligkeitswerte, um so viele Details wie möglich sichtbar zu machen.Anschließend ordneten sie jedem Infrarotfilter eine Farbe im sichtbaren Spektrum zu – die kürzesten Wellenlängen wurden blau, während die längeren Wellenlängen grün und rot wurden.Wenn Sie sie zusammenfügen, bleiben Ihnen die normalen Weißabgleich-, Kontrast- und Farbeinstellungen übrig, die jeder Fotograf wahrscheinlich vornehmen wird.
Während Vollfarbbilder faszinierend sind, werden bei jeder Wellenlänge viele aufregende Entdeckungen gemacht.Hier zeigt das NIRSpec-Instrument verschiedene Merkmale des Tarantelnebels durch verschiedeneFilter.Beispielsweise strahlt atomarer Wasserstoff (blau) Wellenlängen vom Zentralstern und seinen umgebenden Blasen ab.Dazwischen finden sich Spuren von molekularem Wasserstoff (grün) und komplexen Kohlenwasserstoffen (rot).Es gibt Hinweise darauf, dass der Sternhaufen in der unteren rechten Ecke des Bildes Staub und Gas in Richtung des Zentralsterns bläst.
Dieser Artikel wurde ursprünglich in Scientific American 327, 6, 42-45 (Dezember 2022) als „Behind the Pictures“ veröffentlicht.
Jen Christiansen ist leitende Grafikredakteurin bei Scientific American.Folgen Sie Christiansen auf Twitter @ChristiansenJen
ist leitender Redakteur für Weltraum und Physik bei Scientific American.Sie hat einen Bachelor-Abschluss in Astronomie und Physik von der Wesleyan University und einen Master-Abschluss in Wissenschaftsjournalismus von der University of California, Santa Cruz.Folgen Sie Moskowitz auf Twitter @ClaraMoskowitz.Foto mit freundlicher Genehmigung von Nick Higgins.
Entdecken Sie die Wissenschaft, die die Welt verändert.Entdecken Sie unser digitales Archiv aus dem Jahr 1845, das Artikel von über 150 Nobelpreisträgern enthält.