Kun valo kulkee avaruuden halki, se venyy universumin laajeneessa.Tästä syystä monet kaukaisimmista kohteista hehkuvat infrapunassa, jonka aallonpituus on pidempi kuin näkyvän valon.Emme voi nähdä tätä muinaista valoa paljaalla silmällä, mutta James Webb -avaruusteleskooppi (JWST) on suunniteltu vangitsemaan se, paljastaen joitain varhaisimmista koskaan muodostuneista galakseista.
Aukon peitto: Rei'itettymetallilevy estää osan kaukoputkeen tulevasta valosta, jolloin se jäljittelee interferometriä, joka yhdistää useiden kaukoputkien tiedot saavuttaakseen paremman resoluution kuin yksi linssi.Tämä menetelmä tuo esiin enemmän yksityiskohtia lähellä olevissa erittäin kirkkaissa kohteissa, kuten kahdessa lähellä olevassa taivaalla sijaitsevassa tähdessä.
Micro Gate Array: 248 000 pienen portin ruudukko voidaan avata tai sulkea mittaamaan spektriä – valon etenemistä sen muodostaville aallonpituuksille – 100 pisteessä yhdessä kehyksessä.
Spektrometri: Hila tai prisma erottaa tulevan valon spektriksi yksittäisten aallonpituuksien intensiteetin näyttämiseksi.
Kamerat: JWST:ssä on kolme kameraa – kaksi, jotka vangitsevat valoa lähi-infrapuna-aallonpituuksilla ja yksi, jotka sieppaavat valoa infrapuna-aallonpituuksilla.
Integroitu kenttäyksikkö: Yhdistetty kamera ja spektrometri kaappaa kuvan yhdessä kunkin pikselin spektrin kanssa, joka näyttää kuinka valo muuttuu näkökentässä.
Koronografiat: Kirkkaiden tähtien häikäisy voi peittää heikon valon planeetoilta ja näitä tähtiä kiertäviltä roskalevyiltä.Koronografit ovat läpinäkymättömiä ympyröitä, jotka estävät kirkkaan tähtien valon ja päästävät heikompien signaalien läpi.
Hieno opastusanturi (FGS)/Lähi-infrapunakamera ja rakoton spektrometri (NIRISS): FGS on osoitinkamera, joka auttaa osoittamaan kaukoputken oikeaan suuntaan.Se on pakattu NIRISS:in kanssa, jossa on kamera ja spektrometri, joka voi kaapata lähellä infrapunakuvia ja spektrejä.
Lähi-infrapunaspektrometri (NIRSpec): Tämä erikoistunut spektrometri voi hankkia samanaikaisesti 100 spektriä mikrosulkimien joukon kautta.Tämä on ensimmäinen avaruusinstrumentti, joka pystyy suorittamaan spektrianalyysin niin monelle esineelle samanaikaisesti.
Near Infrared Camera (NIRCam): Ainoa lähi-infrapunalaite, jossa on koronagrafi, NIRCam on keskeinen työkalu tutkittaessa eksoplaneettoja, joiden valon muutoin peittäisi lähellä olevien tähtien häikäisy.Se kaappaa korkearesoluutioisia lähi-infrapunakuvia ja spektrejä.
Mid-Infrared Instrument (MIRI): Tämä kamera/spektrografi-yhdistelmä on JWST:n ainoa instrumentti, joka voi nähdä viileämpien kohteiden, kuten tähtien ympärillä olevien roskalevyjen ja hyvin kaukana olevien galaksien, lähettämän keski-infrapunavaloa.
Tutkijoiden täytyi tehdä muutoksia muuttaakseen JWST:n raakadatasta jotain, jota ihmissilmä voi arvostaa, mutta sen kuvat ovat "todellisia", sanoi Alyssa Pagan, tieteellinen näköinsinööri Space Telescope Science Institutesta."Näisimmekö tämän todella, jos olisimme siellä?Vastaus on ei, koska silmiämme ei ole suunniteltu näkemään infrapunaa, ja kaukoputket ovat paljon herkempiä valolle kuin silmämme.Teleskoopin laajennettu näkökenttä antaa meille mahdollisuuden nähdä nämä kosmiset kohteet realistisemmin kuin suhteellisen rajalliset silmämme pystyvät.JWST voi ottaa kuvia käyttämällä jopa 27 suodatinta, jotka sieppaavat infrapunaspektrin eri alueita.Tutkijat eristävät ensin tietyn kuvan hyödyllisimmän dynaamisen alueen ja skaalaavat kirkkausarvot paljastaakseen mahdollisimman paljon yksityiskohtia.Sitten he määrittelivät jokaiselle infrapunasuotimelle värin näkyvässä spektrissä – lyhyimmistä aallonpituuksista tuli sininen, kun taas pidemmät aallonpituudet tulivat vihreiksi ja punaisiksi.Yhdistä ne ja saat normaalit valkotasapaino-, kontrasti- ja väriasetukset, joita jokainen valokuvaaja todennäköisesti tekee.
Vaikka täysvärikuvat ovat lumoavia, monia jännittäviä löytöjä tehdään aallonpituus kerrallaan.Täällä NIRSpec-instrumentti näyttää Tarantula-sumun erilaisia ​​piirteitä erilaistensuodattimet.Esimerkiksi atomivety (sininen) säteilee aallonpituuksia keskitähdestä ja sitä ympäröivistä kuplista.Niiden välissä on jälkiä molekyylivetyä (vihreä) ja monimutkaisia ​​hiilivetyjä (punainen).Todisteet viittaavat siihen, että kehyksen oikeassa alakulmassa oleva tähtijoukko puhaltaa pölyä ja kaasua kohti keskitähteä.
Tämä artikkeli julkaistiin alun perin Scientific American 327, 6, 42-45 (joulukuu 2022) nimellä "Behind the Pictures".
Jen Christiansen on vanhempi graafinen toimittaja Scientific Americanissa.Seuraa Christiansenia Twitterissä @ChristiansenJen
on Scientific Americanin avaruus- ja fysiikan vanhempi toimittaja.Hän on suorittanut kandidaatin tutkinnon tähtitieteessä ja fysiikassa Wesleyanin yliopistosta ja maisterin tutkinnon tiedejournalismista Kalifornian yliopistosta Santa Cruzista.Seuraa Moskowitzia Twitterissä @ClaraMoskowitz.Kuva: Nick Higgins.
Löydä tiede, joka muuttaa maailmaa.Tutustu vuoteen 1845 asti ulottuvaan digitaaliseen arkistoomme, joka sisältää yli 150 Nobel-palkitun artikkeleita.