Когда свет проходит через пространство, он растягивается из-за расширения Вселенной.Вот почему многие из самых удаленных объектов светятся в инфракрасном диапазоне, длина волны которого длиннее, чем у видимого света.Мы не можем увидеть этот древний свет невооруженным глазом, но космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) предназначен для того, чтобы запечатлеть его, обнаружив некоторые из самых ранних когда-либо сформировавшихся галактик.
Маскировка диафрагмы: перфорированнаяметаллПластина блокирует часть света, попадающего в телескоп, позволяя ему имитировать интерферометр, который объединяет данные нескольких телескопов для достижения более высокого разрешения, чем одна линза.Этот метод позволяет выявить больше деталей в очень ярких объектах, находящихся в непосредственной близости, например, в двух близлежащих звездах на небе.
Микроматрица вентилей: сетку из 248 000 маленьких вентилей можно открывать или закрывать для измерения спектра – распространения света до составляющих его длин волн – в 100 точках в одном кадре.
Спектрометр: решетка или призма разделяет падающий свет на спектр для отображения интенсивности отдельных длин волн.
Камеры: JWST имеет три камеры — две, которые улавливают свет в ближнем инфракрасном диапазоне, и одна, которая улавливает свет в среднем инфракрасном диапазоне.
Встроенный полевой блок: комбинированная камера и спектрометр фиксирует изображение вместе со спектром каждого пикселя, показывая, как свет меняется в поле зрения.
Коронографы: блики ярких звезд могут блокировать слабый свет от планет и дисков обломков, вращающихся вокруг этих звезд.Коронографы представляют собой непрозрачные круги, которые блокируют яркий свет звезд и пропускают более слабые сигналы.
Датчик точного наведения (FGS)/сканер ближнего инфракрасного диапазона и безщелевой спектрометр (NIRISS): FGS — это наводящая камера, которая помогает направить телескоп в правильном направлении.В комплект поставки входит NIRISS, который имеет камеру и спектрометр, способные захватывать изображения и спектры в ближнем инфракрасном диапазоне.
Спектрометр ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec): этот специализированный спектрометр может одновременно получать 100 спектров через массив микрозатворов.Это первый космический прибор, способный выполнять спектральный анализ такого количества объектов одновременно.
Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam). Единственный прибор ближнего инфракрасного диапазона с коронографом. NIRCam станет ключевым инструментом для изучения экзопланет, свет которых в противном случае был бы затенен ярким светом близлежащих звезд.Он будет захватывать изображения и спектры в ближнем инфракрасном диапазоне высокого разрешения.
Инструмент среднего инфракрасного диапазона (MIRI): эта комбинация камеры и спектрографа является единственным инструментом в JWST, который может видеть свет среднего инфракрасного диапазона, излучаемый более холодными объектами, такими как диски обломков вокруг звезд и очень далекие галактики.
Ученым пришлось внести коррективы, чтобы превратить необработанные данные JWST во что-то, что может оценить человеческий глаз, но их изображения «реальны», сказала Алисса Пэган, инженер научного зрения в Научном институте космического телескопа.«Неужели это то, что мы бы увидели, если бы были там?Ответ — нет, потому что наши глаза не предназначены для того, чтобы видеть в инфракрасном диапазоне, а телескопы гораздо более чувствительны к свету, чем наши глаза».Расширенное поле зрения телескопа позволяет нам видеть эти космические объекты более реалистично, чем это могут сделать наши относительно ограниченные глаза.JWST может делать снимки, используя до 27 фильтров, улавливающих различные диапазоны инфракрасного спектра.Ученые сначала выделяют наиболее полезный динамический диапазон для данного изображения и масштабируют значения яркости, чтобы раскрыть как можно больше деталей.Затем они присвоили каждому инфракрасному фильтру цвет в видимом спектре: самые короткие волны стали синими, а более длинные волны стали зелеными и красными.Соедините их вместе, и вы получите нормальные настройки баланса белого, контрастности и цвета, которые, вероятно, сделает любой фотограф.
Хотя полноцветные изображения завораживают, на одной длине волны одновременно делается множество захватывающих открытий.Здесь инструмент NIRSpec показывает различные особенности туманности Тарантул с помощью различныхфильтры.Например, атомарный водород (синий) излучает волны центральной звезды и окружающих ее пузырей.Между ними находятся следы молекулярного водорода (зеленый) и сложных углеводородов (красный).Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что звездное скопление в правом нижнем углу кадра несет пыль и газ в сторону центральной звезды.
Эта статья была первоначально опубликована в журнале Scientific American 327, 6, 42–45 (декабрь 2022 г.) под названием «За картинками».
Джен Кристиансен — старший графический редактор журнала Scientific American.Следите за новостями Кристиансена в Твиттере @ChristiansenJen.
является старшим редактором отдела космоса и физики журнала Scientific American.Она имеет степень бакалавра астрономии и физики Уэслианского университета и степень магистра научной журналистики Калифорнийского университета в Санта-Крус.Следите за Московицем в Твиттере @ClaraMoskowitz.Фотография любезно предоставлена ​​Ником Хиггинсом.
Откройте для себя науку, которая меняет мир.Ознакомьтесь с нашим цифровым архивом, начиная с 1845 года и включающим статьи более 150 нобелевских лауреатов.