Światło podróżując przez przestrzeń jest rozciągane w wyniku ekspansji wszechświata.Dlatego wiele najodleglejszych obiektów świeci w podczerwieni, która ma dłuższą długość fali niż światło widzialne.Nie możemy zobaczyć tego starożytnego światła gołym okiem, ale Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) zaprojektowano tak, aby je uchwycić, odkrywając niektóre z najwcześniejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek powstały.
Maskowanie przysłony: perforowanemetalPłytka blokuje część światła wpadającego do teleskopu, dzięki czemu może on naśladować interferometr, który łączy dane z wielu teleskopów w celu uzyskania wyższej rozdzielczości niż w przypadku pojedynczej soczewki.Ta metoda pozwala uzyskać więcej szczegółów w bardzo jasnych obiektach znajdujących się blisko siebie, takich jak dwie pobliskie gwiazdy na niebie.
Układ mikrobramek: Siatkę złożoną z 248 000 małych bramek można otwierać lub zamykać w celu pomiaru widma – propagacji światła do długości fal składowych – w 100 punktach w jednej ramce.
Spektrometr: Siatka lub pryzmat oddziela padające światło na widmo, aby wyświetlić intensywność poszczególnych długości fal.
Kamery: JWST ma trzy kamery – dwie przechwytujące światło w zakresie fal bliskiej podczerwieni i jedną przechwytującą światło w zakresie fal średniej podczerwieni.
Zintegrowana jednostka pola: połączona kamera i spektrometr rejestruje obraz wraz z widmem każdego piksela, pokazując, jak zmienia się światło w polu widzenia.
Koronografy: Blask jasnych gwiazd może blokować słabe światło planet i dysków gruzowych krążących wokół tych gwiazd.Koronografy to nieprzezroczyste okręgi, które blokują jasne światło gwiazd i przepuszczają słabsze sygnały.
Czujnik dokładnego naprowadzania (FGS)/kamera bliskiej podczerwieni i spektrometr bezszczelinowy (NIRISS): FGS to kamera wskazująca, która pomaga skierować teleskop we właściwym kierunku.Jest wyposażony w NIRISS, który zawiera kamerę i spektrometr, które mogą rejestrować obrazy i widma w bliskiej podczerwieni.
Spektrometr bliskiej podczerwieni (NIRSpec): Ten wyspecjalizowany spektrometr może jednocześnie uzyskać 100 widm poprzez szereg mikroprzesłon.To pierwszy instrument kosmiczny zdolny do jednoczesnej analizy widmowej tak wielu obiektów.
Kamera bliskiej podczerwieni (NIRCam): Jedyny instrument bliskiej podczerwieni wyposażony w koronograf, NIRCam będzie kluczowym narzędziem do badania egzoplanet, których światło w przeciwnym razie byłoby przyćmione przez blask pobliskich gwiazd.Będzie rejestrować obrazy i widma w bliskiej podczerwieni o wysokiej rozdzielczości.
Instrument średniej podczerwieni (MIRI): To połączenie kamery i spektrografu jest jedynym instrumentem w JWST, który może widzieć światło średniej podczerwieni emitowane przez chłodniejsze obiekty, takie jak dyski śmieci wokół gwiazd i bardzo odległe galaktyki.
Naukowcy musieli wprowadzić poprawki, aby przekształcić surowe dane JWST w coś, co ludzkie oko może docenić, ale uzyskane obrazy są „prawdziwe” – powiedziała Alyssa Pagan, inżynier ds. wizji naukowych w Instytucie Naukowym Teleskopu Kosmicznego.„Czy naprawdę to byśmy zobaczyli, gdybyśmy tam byli?Odpowiedź brzmi: nie, ponieważ nasze oczy nie są przystosowane do widzenia w podczerwieni, a teleskopy są znacznie bardziej wrażliwe na światło niż nasze oczy.Rozszerzone pole widzenia teleskopu pozwala nam zobaczyć te kosmiczne obiekty bardziej realistycznie, niż są w stanie to zrobić nasze stosunkowo ograniczone oczy.JWST może wykonywać zdjęcia przy użyciu aż 27 filtrów wychwytujących różne zakresy widma podczerwieni.Naukowcy najpierw wyodrębniają najbardziej użyteczny zakres dynamiczny dla danego obrazu i skalują wartości jasności, aby odsłonić jak najwięcej szczegółów.Następnie przypisali każdemu filtrowi podczerwieni kolor w widmie widzialnym – najkrótsze fale stały się niebieskie, a dłuższe stały się zielone i czerwone.Połącz je razem, a otrzymasz normalne ustawienia balansu bieli, kontrastu i kolorów, jakie prawdopodobnie zastosuje każdy fotograf.
Podczas gdy pełnokolorowe obrazy są hipnotyzujące, wiele ekscytujących odkryć dokonuje się na jednej długości fali na raz.Tutaj instrument NIRSpec pokazuje różne cechy Mgławicy Tarantula poprzez różnefiltry.Na przykład wodór atomowy (niebieski) emituje fale o długości fali pochodzącej z gwiazdy centralnej i otaczających ją bąbelków.Pomiędzy nimi znajdują się ślady wodoru cząsteczkowego (kolor zielony) i węglowodorów złożonych (kolor czerwony).Dowody sugerują, że gromada gwiazd w prawym dolnym rogu zdjęcia wydmuchuje pył i gaz w stronę gwiazdy centralnej.
Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w Scientific American 327, 6, 42-45 (grudzień 2022) jako „Behind the Pictures”.
Jen Christiansen jest starszym redaktorem graficznym w Scientific American.Obserwuj Christiansena na Twitterze @ChristiansenJen
jest starszym redaktorem działu przestrzeni i fizyki w czasopiśmie Scientific American.Uzyskała tytuł licencjata z astronomii i fizyki na Uniwersytecie Wesleyan oraz tytuł magistra w dziedzinie dziennikarstwa naukowego na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz.Obserwuj Moskowitz na Twitterze @ClaraMoskowitz.Zdjęcie dzięki uprzejmości Nicka Higginsa.
Odkryj naukę, która zmienia świat.Zapoznaj się z naszym cyfrowym archiwum sięgającym 1845 roku, zawierającym artykuły ponad 150 laureatów Nagrody Nobla.