Καθώς το φως ταξιδεύει μέσα στο διάστημα, απλώνεται από τη διαστολή του σύμπαντος.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο πολλά από τα πιο μακρινά αντικείμενα λάμπουν στο υπέρυθρο, το οποίο έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το ορατό φως.Δεν μπορούμε να δούμε αυτό το αρχαίο φως με γυμνό μάτι, αλλά το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) έχει σχεδιαστεί για να το συλλαμβάνει, αποκαλύπτοντας μερικούς από τους πρώτους γαλαξίες που σχηματίστηκαν ποτέ.
Aperture Masking: Ένα διάτρητομέταλλοΗ πλάκα εμποδίζει μέρος του φωτός που εισέρχεται στο τηλεσκόπιο, επιτρέποντάς του να μιμείται ένα συμβολόμετρο που συνδυάζει δεδομένα από πολλαπλά τηλεσκόπια για να επιτύχει υψηλότερη ανάλυση από έναν μόνο φακό.Αυτή η μέθοδος αναδεικνύει περισσότερες λεπτομέρειες σε πολύ φωτεινά αντικείμενα σε κοντινή απόσταση, όπως δύο κοντινά αστέρια στον ουρανό.
Micro Gate Array: Ένα πλέγμα 248.000 μικρών πυλών μπορεί να ανοίξει ή να κλείσει για να μετρήσει το φάσμα - τη διάδοση του φωτός μέχρι τα μήκη κύματος που το αποτελούν - σε 100 σημεία σε ένα πλαίσιο.
Φασματόμετρο: Ένα πλέγμα ή ένα πρίσμα διαχωρίζει το προσπίπτον φως σε ένα φάσμα για να εμφανίσει την ένταση των μεμονωμένων μηκών κύματος.
Κάμερες: Το JWST διαθέτει τρεις κάμερες – δύο που συλλαμβάνουν φως στα εγγύς υπέρυθρα μήκη κύματος και μία που συλλαμβάνουν φως στα μεσαία μήκη κύματος υπέρυθρων.
Ενσωματωμένη μονάδα πεδίου: Η συνδυασμένη κάμερα και το φασματόμετρο καταγράφει μια εικόνα μαζί με το φάσμα κάθε pixel, δείχνοντας πώς αλλάζει το φως στο οπτικό πεδίο.
Κορωνογράφοι: Η λάμψη από φωτεινά αστέρια μπορεί να εμποδίσει το αμυδρό φως από τους πλανήτες και τους δίσκους συντριμμιών που περιφέρονται γύρω από αυτά τα αστέρια.Οι κορονογράφοι είναι αδιαφανείς κύκλοι που εμποδίζουν το έντονο φως των αστεριών και επιτρέπουν τη διέλευση ασθενέστερων σημάτων.
Fine Guidance Sensor (FGS)/Near Infrared Imager and Slitless Spectrometer (NIRISS): Η FGS είναι μια κάμερα κατάδειξης που βοηθά το τηλεσκόπιο προς τη σωστή κατεύθυνση.Είναι συσκευασμένο με NIRISS που διαθέτει κάμερα και φασματόμετρο που μπορεί να συλλάβει εικόνες και φάσματα κοντά στο υπέρυθρο.
Φασματόμετρο κοντά στο υπέρυθρο (NIRSpec): Αυτό το εξειδικευμένο φασματόμετρο μπορεί ταυτόχρονα να αποκτήσει 100 φάσματα μέσω μιας σειράς μικροδιαφραγμάτων.Αυτό είναι το πρώτο διαστημικό όργανο ικανό να εκτελεί φασματική ανάλυση τόσων αντικειμένων ταυτόχρονα.
Near Infrared Camera (NIRCam): Το μόνο όργανο κοντινής υπέρυθρης ακτινοβολίας με στεφανογράφο, το NIRCam θα είναι ένα βασικό εργαλείο για τη μελέτη εξωπλανητών των οποίων το φως διαφορετικά θα κρυβόταν από τη λάμψη κοντινών αστεριών.Θα καταγράφει εικόνες και φάσματα υψηλής ανάλυσης κοντά στο υπέρυθρο.
Όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας (MIRI): Αυτός ο συνδυασμός κάμερας/φασματογράφου είναι το μόνο όργανο στο JWST που μπορεί να δει φως μεσαίου υπέρυθρου που εκπέμπεται από ψυχρότερα αντικείμενα, όπως δίσκους συντριμμιών γύρω από αστέρια και πολύ μακρινούς γαλαξίες.
Οι επιστήμονες έπρεπε να κάνουν προσαρμογές για να μετατρέψουν τα ακατέργαστα δεδομένα του JWST σε κάτι που μπορεί να εκτιμήσει το ανθρώπινο μάτι, αλλά οι εικόνες του είναι «πραγματικές», δήλωσε η Alyssa Pagan, μηχανικός επιστημονικής όρασης στο Επιστημονικό Ινστιτούτο του Διαστημικού Τηλεσκοπίου.«Είναι πραγματικά αυτό που θα βλέπαμε αν ήμασταν εκεί;Η απάντηση είναι όχι, γιατί τα μάτια μας δεν είναι σχεδιασμένα να βλέπουν στο υπέρυθρο και τα τηλεσκόπια είναι πολύ πιο ευαίσθητα στο φως από τα μάτια μας».Το διευρυμένο οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου μας επιτρέπει να δούμε αυτά τα κοσμικά αντικείμενα πιο ρεαλιστικά από ό,τι μπορούν τα σχετικά περιορισμένα μάτια μας.Το JWST μπορεί να τραβήξει φωτογραφίες χρησιμοποιώντας έως και 27 φίλτρα που καταγράφουν διαφορετικές περιοχές του υπέρυθρου φάσματος.Οι επιστήμονες απομονώνουν πρώτα το πιο χρήσιμο δυναμικό εύρος για μια δεδομένη εικόνα και κλιμακώνουν τις τιμές φωτεινότητας για να αποκαλύψουν όσο το δυνατόν περισσότερες λεπτομέρειες.Στη συνέχεια, εκχώρησαν σε κάθε φίλτρο υπέρυθρων ένα χρώμα στο ορατό φάσμα - τα μικρότερα μήκη κύματος έγιναν μπλε, ενώ τα μεγαλύτερα μήκη κύματος έγιναν πράσινο και κόκκινο.Τοποθετήστε τα μαζί και θα έχετε την κανονική ισορροπία λευκού, την αντίθεση και τις ρυθμίσεις χρώματος που είναι πιθανό να κάνει κάθε φωτογράφος.
Ενώ οι έγχρωμες εικόνες είναι μαγευτικές, πολλές συναρπαστικές ανακαλύψεις γίνονται ένα μήκος κύματος τη φορά.Εδώ, το όργανο NIRSpec δείχνει διάφορα χαρακτηριστικά του νεφελώματος του Ταραντούλα μέσω διαφόρωνφίλτρα.Για παράδειγμα, το ατομικό υδρογόνο (μπλε) εκπέμπει μήκη κύματος από το κεντρικό αστέρι και τις γύρω φυσαλίδες του.Ανάμεσά τους υπάρχουν ίχνη μοριακού υδρογόνου (πράσινο) και σύνθετων υδρογονανθράκων (κόκκινο).Τα στοιχεία δείχνουν ότι το αστρικό σμήνος στην κάτω δεξιά γωνία του πλαισίου φυσά σκόνη και αέριο προς το κεντρικό αστέρι.
Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο Scientific American 327, 6, 42-45 (Δεκέμβριος 2022) ως "Behind the Pictures".
Η Jen Christiansen είναι ανώτερη συντάκτρια γραφικών στο Scientific American.Ακολουθήστε τον Christiansen στο Twitter @ChristiansenJen
είναι Senior Editor for Space and Physics στο Scientific American.Είναι κάτοχος πτυχίου αστρονομίας και φυσικής από το Πανεπιστήμιο Wesleyan και μεταπτυχιακού τίτλου στη δημοσιογραφία επιστημών από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Κρουζ.Ακολουθήστε το Moskowitz στο Twitter @ClaraMoskowitz.Φωτογραφία ευγενική προσφορά του Nick Higgins.
Ανακαλύψτε την επιστήμη που αλλάζει τον κόσμο.Εξερευνήστε το ψηφιακό μας αρχείο που χρονολογείται από το 1845, συμπεριλαμβανομένων άρθρων από περισσότερους από 150 νομπελίστες.