Gaismai ceļojot pa telpu, to izstiepj Visuma izplešanās.Tāpēc daudzi no visattālākajiem objektiem spīd infrasarkanajā starā, kam ir garāks viļņa garums nekā redzamajai gaismai.Mēs nevaram redzēt šo seno gaismu ar neapbruņotu aci, taču Džeimsa Veba kosmiskais teleskops (JWST) ir paredzēts tās uztveršanai, atklājot dažas no agrākajām galaktikām, kas jebkad izveidotas.
Apertūras maskēšana: A perforētametālsplāksne bloķē daļu gaismas, kas nonāk teleskopā, ļaujot tam atdarināt interferometru, kas apvieno datus no vairākiem teleskopiem, lai sasniegtu augstāku izšķirtspēju nekā viens objektīvs.Šī metode parāda vairāk detaļu ļoti spilgtos objektos, kas atrodas tiešā tuvumā, piemēram, divās tuvumā esošās zvaigznes debesīs.
Mikro vārtu masīvs: 248 000 mazu vārtu režģi var atvērt vai aizvērt, lai izmērītu spektru – gaismas izplatīšanos līdz tā veidojošajiem viļņu garumiem – 100 punktos vienā kadrā.
Spektrometrs: Režģis vai prizma atdala krītošo gaismu spektrā, lai parādītu atsevišķu viļņu garumu intensitāti.
Kameras: JWST ir trīs kameras – divas, kas uztver gaismu tuvajos infrasarkanajos viļņu garumos, un viena, kas uztver gaismu vidējos infrasarkano staru viļņu garumos.
Integrēta lauka vienība: apvienotā kamera un spektrometrs uzņem attēlu kopā ar katra pikseļa spektru, parādot, kā gaisma mainās redzes laukā.
Koronagrāfi: spožu zvaigžņu atspīdums var bloķēt vāju planētu gaismu un gružu diskus, kas riņķo ap šīm zvaigznēm.Koronogrāfi ir necaurspīdīgi apļi, kas bloķē spilgtu zvaigžņu gaismu un ļauj iziet cauri vājākiem signāliem.
Smalkas vadības sensors (FGS)/Tuvo infrasarkano staru attēlotājs un bezšķēluma spektrometrs (NIRISS): FGS ir orientējoša kamera, kas palīdz norādīt teleskopu pareizajā virzienā.Tas ir aprīkots ar NIRISS, kam ir kamera un spektrometrs, kas var uztvert tuvu infrasarkano staru attēlus un spektrus.
Tuvo infrasarkano staru spektrometrs (NIRSpec): šis specializētais spektrometrs vienlaikus var iegūt 100 spektrus, izmantojot virkni mikroslēģu.Šis ir pirmais kosmosa instruments, kas spēj vienlaicīgi veikt tik daudzu objektu spektrālo analīzi.
Tuvo infrasarkano staru kamera (NIRCam): vienīgais tuvās infrasarkanais instruments ar koronagrāfu, NIRCam būs galvenais rīks, lai pētītu eksoplanetas, kuru gaismu pretējā gadījumā aizsegtu blakus esošo zvaigžņu atspīdums.Tas uzņems augstas izšķirtspējas tuvu infrasarkano staru attēlus un spektrus.
Vidēja infrasarkanais instruments (MIRI): šī kameras/spektrogrāfa kombinācija ir vienīgais instruments JWST, kas var redzēt vidējo infrasarkano staru gaismu, ko izstaro vēsāki objekti, piemēram, gružu diski ap zvaigznēm un ļoti attālām galaktikām.
Zinātniekiem bija jāveic pielāgojumi, lai JWST neapstrādātos datus pārvērstu par kaut ko tādu, ko cilvēka acs spēj novērtēt, taču to attēli ir "īsti," sacīja Kosmiskā teleskopa zinātnes institūta zinātnes redzes inženiere Alisa Pagana."Vai tas tiešām būtu tas, ko mēs redzētu, ja būtu tur?Atbilde ir nē, jo mūsu acis nav paredzētas, lai redzētu infrasarkano staru, un teleskopi ir daudz jutīgāki pret gaismu nekā mūsu acis.Teleskopa paplašinātais redzes lauks ļauj mums redzēt šos kosmiskos objektus reālāk, nekā to spēj mūsu salīdzinoši ierobežotās acis.JWST var uzņemt attēlus, izmantojot līdz pat 27 filtriem, kas uztver dažādus infrasarkanā spektra diapazonus.Zinātnieki vispirms izolē konkrētajam attēlam visnoderīgāko dinamisko diapazonu un mērogo spilgtuma vērtības, lai atklātu pēc iespējas vairāk detaļu.Pēc tam viņi katram infrasarkanajam filtram piešķīra krāsu redzamajā spektrā - īsākie viļņu garumi kļuva zili, bet garākie viļņu garumi kļuva zaļi un sarkani.Salieciet tos kopā, un jums būs pieejami parastie baltā balansa, kontrasta un krāsu iestatījumi, kādus, visticamāk, veiks jebkurš fotogrāfs.
Lai gan pilnkrāsu attēli ir valdzinoši, pa vienam viļņa garumam tiek veikti daudzi aizraujoši atklājumi.Šeit NIRSpec instruments parāda dažādas Tarantula miglāja iezīmes, izmantojot dažādasfiltriem.Piemēram, atomu ūdeņradis (zils) izstaro viļņu garumus no centrālās zvaigznes un tās apkārtējiem burbuļiem.Starp tiem ir molekulārā ūdeņraža (zaļa) un sarežģītu ogļūdeņražu (sarkana) pēdas.Pierādījumi liecina, ka zvaigžņu kopa kadra apakšējā labajā stūrī pūš putekļus un gāzi centrālās zvaigznes virzienā.
Šis raksts sākotnēji tika publicēts Scientific American 327, 6, 42–45 (2022. gada decembris) ar nosaukumu “Aiz attēliem”.
Jen Christiansen ir Scientific American vecākais grafikas redaktors.Sekojiet Christiansenam Twitter @ChristiansenJen
ir Scientific American kosmosa un fizikas vecākais redaktors.Viņai ir bakalaura grāds astronomijā un fizikā Veslijas universitātē un maģistra grāds zinātnes žurnālistikā Kalifornijas Universitātē Santakrusā.Sekojiet Moskowitz pakalpojumā Twitter @ClaraMoskowitz.Fotoattēlu sniedzis Niks Higinss.
Atklājiet zinātni, kas maina pasauli.Izpētiet mūsu digitālo arhīvu, kas datēts ar 1845. gadu, tostarp rakstus no vairāk nekā 150 Nobela prēmijas laureātiem.