光が空間を伝わると、宇宙の膨張によって光は引き伸ばされます。これが、最も遠い物体の多くが可視光よりも長い波長を持つ赤外線で光る理由です。この古代の光を肉眼で見ることはできませんが、ジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡 (JWST) はそれを捉えるように設計されており、これまでに形成された最も初期の銀河のいくつかを明らかにすることができます。
アパーチャマスキング: 穴あき金属プレートは望遠鏡に入る光の一部を遮断し、複数の望遠鏡からのデータを組み合わせて単一レンズよりも高い解像度を達成する干渉計を模倣できるようにします。この方法では、空の近くにある 2 つの星など、非常に近くにある非常に明るいオブジェクトの詳細がより鮮明になります。
マイクロ ゲート アレイ: 248,000 個の小さなゲートのグリッドを開閉して、スペクトル (構成波長までの光の伝播) を 1 フレーム内の 100 点で測定できます。
分光計: 回折格子またはプリズムは入射光をスペクトルに分離し、個々の波長の強度を表示します。
カメラ: JWST には 3 台のカメラがあり、2 台は近赤外波長の光を捕捉し、1 台は中赤外波長の光を捕捉します。
一体型フィールドユニット: 組み合わされたカメラと分光計は、各ピクセルのスペクトルとともに画像をキャプチャし、視野内で光がどのように変化するかを示します。
コロナグラフ：明るい星からのまぶしさは、それらの星を周回する惑星や破片の円盤からの微かな光を遮断する可能性があります。コロナグラフは、明るい星の光を遮断し、弱い信号を通過させる不透明な円です。
精密誘導センサー (FGS)/近赤外線イメージャーおよびスリットレス分光計 (NIRISS): FGS は、望遠鏡を正しい方向に向けるのに役立つポインティング カメラです。近赤外画像とスペクトルをキャプチャできるカメラと分光計を備えた NIRISS がパッケージされています。
近赤外分光計 (NIRSpec): この特殊な分光計は、マイクロシャッターのアレイを通じて 100 のスペクトルを同時に取得できます。これは、これほど多くの物体のスペクトル分析を同時に実行できる初の宇宙機器です。
近赤外線カメラ (NIRCam): コロナグラフを備えた唯一の近赤外線機器である NIRCam は、近くの星のまぶしさによって光が遮られる系外惑星を研究するための重要なツールとなります。高解像度の近赤外線画像とスペクトルをキャプチャします。
中赤外観測装置 (MIRI): このカメラと分光器の組み合わせは、星の周りの破片円盤や非常に遠い銀河など、より低温の物体から発せられる中赤外光を観測できる JWST の唯一の観測装置です。
科学者たちは、JWST の生データを人間の目で認識できるものに変えるために調整を行う必要がありましたが、その画像は「本物」です、と宇宙望遠鏡科学研究所のサイエンス ビジョン エンジニア、アリッサ ペイガンは言いました。「これは本当に私たちがそこにいたら見えるものなのでしょうか？答えは「ノー」です。なぜなら、私たちの目は赤外線を見るように設計されておらず、望遠鏡は私たちの目よりも光にはるかに敏感だからです。」望遠鏡の拡大された視野により、私たちの比較的限られた目よりもこれらの宇宙物体をより現実的に見ることができます。JWST は、さまざまな範囲の赤外線スペクトルをキャプチャする最大 27 個のフィルターを使用して写真を撮影できます。科学者はまず、特定の画像に対して最も有用なダイナミック レンジを分離し、輝度値をスケーリングして、可能な限り詳細を明らかにします。次に、各赤外線フィルターに可視スペクトルの色を割り当てました。最も短い波長は青になり、より長い波長は緑と赤になりました。これらを組み合わせると、写真家が行う可能性が高い通常のホワイト バランス、コントラスト、色の設定が残ります。
フルカラーの画像は魅惑的ですが、一度に 1 つの波長ごとに多くの刺激的な発見が行われています。ここでは、NIRSpec 機器がさまざまな方法でタランチュラ星雲のさまざまな特徴を示しています。フィルター。たとえば、原子状水素 (青) は、中心の星とその周囲の泡から波長を放射します。それらの間には、微量の水素分子 (緑色) と複雑な炭化水素 (赤色) が存在します。証拠は、フレームの右下隅にある星団が塵とガスを中央の星に向かって吹き飛ばしていることを示唆しています。
この記事は元々、Scientific American 327, 6, 42-45 (2022 年 12 月) に「Behind the Pictures」として掲載されました。
ジェン・クリスチャンセンは、Scientific American の上級グラフィック編集者です。Twitter @ChristiansenJen でクリスチャンセンをフォローしてください
Scientific American の宇宙と物理学の上級編集者です。彼女はウェスレアン大学で天文学と物理学の学士号を取得し、カリフォルニア大学サンタクルーズ校で科学ジャーナリズムの修士号を取得しています。Twitter @ClaraMoskowitz でモスコヴィッツをフォローしてください。写真提供：ニック・ヒギンズ。
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