Semasa cahaya bergerak melalui ruang, ia diregangkan oleh pengembangan alam semesta.Inilah sebabnya mengapa banyak objek yang paling jauh bercahaya dalam inframerah, yang mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya yang boleh dilihat.Kita tidak dapat melihat cahaya purba ini dengan mata kasar, tetapi Teleskop Angkasa James Webb (JWST) direka untuk menangkapnya, mendedahkan beberapa galaksi terawal pernah terbentuk.
Aperture Masking: A berlubanglogamplat menghalang keluar sebahagian cahaya yang memasuki teleskop, membolehkannya meniru interferometer yang menggabungkan data daripada berbilang teleskop untuk mencapai resolusi yang lebih tinggi daripada kanta tunggal.Kaedah ini mengeluarkan lebih terperinci dalam objek yang sangat terang dalam jarak dekat, seperti dua bintang berdekatan di langit.
Susunan Gerbang Mikro: Grid 248,000 pintu kecil boleh dibuka atau ditutup untuk mengukur spektrum - perambatan cahaya ke panjang gelombang konstituennya - pada 100 mata dalam satu bingkai.
Spektrometer: Kisi atau prisma memisahkan cahaya kejadian kepada spektrum untuk memaparkan keamatan panjang gelombang individu.
Kamera: JWST mempunyai tiga kamera - dua yang menangkap cahaya dalam panjang gelombang inframerah berhampiran dan satu yang menangkap cahaya dalam panjang gelombang inframerah pertengahan.
Unit medan kamiran: Gabungan kamera dan spektrometer menangkap imej bersama-sama dengan spektrum setiap piksel, menunjukkan bagaimana cahaya berubah dalam medan pandangan.
Koronagraf: Silau dari bintang terang boleh menghalang cahaya samar dari planet dan cakera serpihan yang mengorbit bintang tersebut.Coronograf ialah bulatan legap yang menyekat cahaya bintang yang terang dan membenarkan isyarat yang lebih lemah melaluinya.
Penderia Bimbingan Halus (FGS)/Pencitra Inframerah Berhampiran dan Spektrometer Tanpa Celah (NIRISS): FGS ialah kamera penunjuk yang membantu menghalakan teleskop ke arah yang betul.Ia dibungkus dengan NIRISS yang mempunyai kamera dan spektrometer yang boleh menangkap imej dan spektrum inframerah berhampiran.
Spektrometer Inframerah Berhampiran (NIRSpec): Spektrometer khusus ini boleh memperoleh 100 spektrum secara serentak melalui pelbagai pengatup mikro.Ini adalah instrumen ruang pertama yang mampu melakukan analisis spektrum bagi banyak objek secara serentak.
Kamera Inframerah Berhampiran (NIRCam): Satu-satunya instrumen inframerah dekat dengan koronagraf, NIRCam akan menjadi alat utama untuk mengkaji exoplanet yang cahayanya akan dikaburkan oleh silau bintang berdekatan.Ia akan menangkap imej dan spektrum inframerah dekat resolusi tinggi.
Instrumen Inframerah Pertengahan (MIRI): Gabungan kamera/spektrograf ini ialah satu-satunya instrumen dalam JWST yang boleh melihat cahaya inframerah pertengahan yang dipancarkan oleh objek yang lebih sejuk seperti cakera serpihan di sekeliling bintang dan galaksi yang sangat jauh.
Para saintis terpaksa membuat pelarasan untuk menukar data mentah JWST menjadi sesuatu yang boleh dihayati oleh mata manusia, tetapi imejnya adalah "nyata," kata Alyssa Pagan, seorang jurutera penglihatan sains di Institut Sains Teleskop Angkasa.“Adakah ini benar-benar apa yang kita akan lihat jika kita berada di sana?Jawapannya tidak, kerana mata kita tidak direka untuk melihat dalam inframerah, dan teleskop jauh lebih sensitif kepada cahaya daripada mata kita.Bidang pandangan teleskop yang diperluaskan membolehkan kita melihat objek kosmik ini dengan lebih realistik daripada mata kita yang agak terhad.JWST boleh mengambil gambar menggunakan sehingga 27 penapis yang menangkap julat spektrum inframerah yang berbeza.Para saintis mula-mula mengasingkan julat dinamik yang paling berguna untuk imej tertentu dan menskalakan nilai kecerahan untuk mendedahkan seberapa banyak butiran yang mungkin.Mereka kemudiannya memberikan setiap penapis inframerah warna dalam spektrum yang boleh dilihat - panjang gelombang terpendek menjadi biru, manakala panjang gelombang yang lebih panjang menjadi hijau dan merah.Letakkannya bersama-sama dan anda tinggal dengan tetapan imbangan putih, kontras dan warna biasa yang mungkin dibuat oleh mana-mana jurugambar.
Walaupun imej berwarna penuh memukau, banyak penemuan menarik sedang dibuat satu panjang gelombang pada satu masa.Di sini, instrumen NIRSpec menunjukkan pelbagai ciri Nebula Tarantula melalui pelbagaipenapis.Sebagai contoh, atom hidrogen (biru) memancarkan panjang gelombang dari bintang pusat dan buih sekelilingnya.Di antara mereka terdapat kesan molekul hidrogen (hijau) dan hidrokarbon kompleks (merah).Bukti menunjukkan bahawa gugusan bintang di sudut kanan bawah bingkai sedang meniup debu dan gas ke arah bintang tengah.
Artikel ini pada asalnya diterbitkan dalam Scientific American 327, 6, 42-45 (Disember 2022) sebagai "Behind the Pictures".
Jen Christiansen ialah editor grafik kanan di Scientific American.Ikuti Christiansen di Twitter @ChristiansenJen
ialah Editor Kanan untuk Angkasa dan Fizik di Scientific American.Beliau memegang ijazah sarjana muda dalam astronomi dan fizik dari Universiti Wesleyan dan ijazah sarjana dalam kewartawanan sains dari Universiti California, Santa Cruz.Ikuti Moskowitz di Twitter @ClaraMoskowitz.Foto ihsan Nick Higgins.
Temui sains yang mengubah dunia.Terokai arkib digital kami sejak 1845, termasuk artikel daripada lebih 150 pemenang Nobel.