빛이 공간을 통과할 때 우주의 팽창으로 인해 빛이 늘어납니다.이것이 바로 가장 멀리 있는 물체의 대부분이 가시광선보다 파장이 긴 적외선으로 빛나는 이유입니다.육안으로는 이 고대의 빛을 볼 수 없지만 JWST(James Webb Space Telescope)는 이 빛을 포착하여 지금까지 형성된 최초의 은하계 중 일부를 드러내도록 설계되었습니다.
조리개 마스킹: 천공금속플레이트는 망원경으로 들어오는 빛의 일부를 차단하여 여러 망원경의 데이터를 결합하여 단일 렌즈보다 더 높은 해상도를 달성하는 간섭계를 모방할 수 있습니다.이 방법은 하늘에 있는 두 개의 별과 같이 아주 가까이 있는 매우 밝은 물체를 더 자세히 표현합니다.
마이크로 게이트 어레이: 248,000개의 작은 게이트로 구성된 그리드를 열거나 닫아 한 프레임의 100개 지점에서 스펙트럼(구성 파장까지 빛의 전파)을 측정할 수 있습니다.
분광계: 격자 또는 프리즘은 입사광을 스펙트럼으로 분리하여 개별 파장의 강도를 표시합니다.
카메라: JWST에는 3개의 카메라가 있습니다. 두 개는 근적외선 파장의 빛을 캡처하고 다른 하나는 중간 적외선 파장의 빛을 캡처합니다.
적분 필드 장치: 결합된 카메라와 분광계는 각 픽셀의 스펙트럼과 함께 이미지를 캡처하여 시야에서 빛이 어떻게 변하는지 보여줍니다.
코로나그래프: 밝은 별에서 나오는 눈부심은 행성과 그 별을 공전하는 잔해 원반에서 나오는 희미한 빛을 차단할 수 있습니다.코로나그래프는 밝은 별빛을 차단하고 약한 신호는 통과시키는 불투명한 원입니다.
정밀 유도 센서(FGS)/근적외선 이미저 및 무슬릿 분광계(NIRISS): FGS는 망원경이 올바른 방향을 가리키는 데 도움이 되는 포인팅 카메라입니다.근적외선 이미지와 스펙트럼을 캡처할 수 있는 카메라와 분광계가 포함된 NIRISS가 패키지로 제공됩니다.
근적외선 분광계(NIRSpec): 이 특수 분광계는 마이크로셔터 배열을 통해 동시에 100개의 스펙트럼을 획득할 수 있습니다.이것은 수많은 물체의 스펙트럼 분석을 동시에 수행할 수 있는 최초의 우주 장비입니다.
근적외선 카메라(NIRCam): 코로나그래프가 있는 유일한 근적외선 장비인 NIRCam은 근처 별의 눈부심으로 인해 빛이 가려지는 외계 행성을 연구하는 핵심 도구가 될 것입니다.고해상도 근적외선 이미지와 스펙트럼을 캡처합니다.
중적외선 장비(MIRI): 이 카메라/분광기 조합은 별과 아주 먼 은하 주변의 잔해 원반과 같은 더 차가운 물체에서 방출되는 중적외선을 볼 수 있는 JWST의 유일한 장비입니다.
과학자들은 JWST의 원시 데이터를 인간의 눈으로 인식할 수 있는 것으로 바꾸기 위해 조정을 해야 했지만 그 이미지는 "실제"라고 Space Telescope Science Institute의 과학 비전 엔지니어인 Alyssa Pagan이 말했습니다.“이것이 정말로 우리가 그곳에 있었다면 볼 수 있었던 것입니까?대답은 '아니요'입니다. 왜냐하면 우리의 눈은 적외선을 볼 수 있도록 설계되어 있지 않고 망원경은 우리 눈보다 빛에 훨씬 더 민감하기 때문입니다."망원경의 확장된 시야를 통해 우리는 상대적으로 제한된 눈으로 볼 수 있는 것보다 이러한 우주 물체를 더 현실적으로 볼 수 있습니다.JWST는 다양한 범위의 적외선 스펙트럼을 포착하는 최대 27개의 필터를 사용하여 사진을 찍을 수 있습니다.과학자들은 먼저 주어진 이미지에 대해 가장 유용한 동적 범위를 분리하고 밝기 값의 크기를 조정하여 가능한 한 많은 세부 사항을 표시합니다.그런 다음 각 적외선 필터에 가시 스펙트럼의 색상을 지정했습니다. 가장 짧은 파장은 파란색이 되고, 더 긴 파장은 녹색과 빨간색이 되었습니다.이를 함께 사용하면 모든 사진작가가 할 수 있는 일반적인 화이트 밸런스, 대비 및 색상 설정이 남습니다.
풀 컬러 이미지는 매혹적이지만 동시에 많은 흥미로운 발견이 한 번에 한 파장씩 이루어지고 있습니다.여기에서 NIRSpec 장비는 다양한 경로를 통해 독거미 성운의 다양한 특징을 보여줍니다.필터.예를 들어, 원자 수소(파란색)는 중앙 별과 주변 거품에서 파장을 방출합니다.그 사이에는 분자 수소(녹색)와 복잡한 탄화수소(빨간색)의 흔적이 있습니다.사진의 오른쪽 아래 모서리에 있는 성단이 중앙 별을 향해 먼지와 가스를 불어넣고 있다는 증거가 있습니다.
이 기사는 원래 Scientific American 327, 6, 42-45(2022년 12월)에 "Behind the Pictures"라는 제목으로 게재되었습니다.
Jen Christiansen은 Scientific American의 수석 그래픽 편집자입니다.Twitter @ChristiansenJen에서 크리스티안센을 팔로우하세요.
Scientific American의 우주 및 물리학 수석 편집자입니다.그녀는 웨슬리안 대학교에서 천문학 및 물리학 학사 학위를 취득했고, 캘리포니아 대학교 산타 크루즈에서 과학 저널리즘 석사 학위를 취득했습니다.트위터 @ClaraMoskowitz에서 Moskowitz를 팔로우하세요.사진 제공: 닉 히긴스
세상을 바꾸는 과학을 만나보세요.150명이 넘는 노벨상 수상자의 기사를 포함하여 1845년까지 거슬러 올라가는 디지털 아카이브를 살펴보세요.