När ljus färdas genom rymden sträcks det ut genom universums expansion.Det är därför många av de mest avlägsna objekten lyser i infrarött, som har en längre våglängd än synligt ljus.Vi kan inte se detta uråldriga ljus med blotta ögat, men James Webb Space Telescope (JWST) är designat för att fånga det och avslöjar några av de tidigaste galaxerna som någonsin bildats.
Aperture Masking: En perforeradmetallplattan blockerar en del av ljuset som kommer in i teleskopet, vilket gör att det kan efterlikna en interferometer som kombinerar data från flera teleskop för att uppnå högre upplösning än en enda lins.Denna metod tar fram mer detaljer i mycket ljusa objekt i närheten, till exempel två närliggande stjärnor på himlen.
Micro Gate Array: Ett rutnät med 248 000 små grindar kan öppnas eller stängas för att mäta spektrumet – utbredningen av ljus ner till dess ingående våglängder – vid 100 punkter i en bildruta.
Spektrometer: Ett gitter eller prisma separerar infallande ljus till ett spektrum för att visa intensiteten hos individuella våglängder.
Kameror: JWST har tre kameror – två som fångar ljus i de nära infraröda våglängderna och en som fångar ljus i de mellaninfraröda våglängderna.
Integral fältenhet: Den kombinerade kameran och spektrometern fångar en bild tillsammans med spektrumet för varje pixel, och visar hur ljuset förändras i synfältet.
Koronagrafier: Bländning från ljusa stjärnor kan blockera svagt ljus från planeter och skräpskivor som kretsar kring dessa stjärnor.Coronographs är ogenomskinliga cirklar som blockerar starkt stjärnljus och låter svagare signaler passera igenom.
Fine Guidance Sensor (FGS)/Near Infrared Imager och Slitless Spectrometer (NIRISS): FGS är en pekkamera som hjälper till att peka teleskopet i rätt riktning.Den är förpackad med NIRISS som har en kamera och en spektrometer som kan fånga nära infraröda bilder och spektra.
Nära infraröd spektrometer (NIRSpec): Denna specialiserade spektrometer kan samtidigt förvärva 100 spektra genom en rad mikroslutare.Detta är det första rymdinstrumentet som kan utföra spektralanalys av så många objekt samtidigt.
Near Infrared Camera (NIRCam): Det enda nära infraröda instrumentet med en koronagraf, NIRCam kommer att vara ett nyckelverktyg för att studera exoplaneter vars ljus annars skulle skymmas av närliggande stjärnor.Den kommer att fånga högupplösta nära-infraröda bilder och spektra.
Mid-Infrared Instrument (MIRI): Denna kamera/spektrograf-kombination är det enda instrumentet i JWST som kan se mellaninfrarött ljus som sänds ut av kallare objekt som skräpskivor runt stjärnor och mycket avlägsna galaxer.
Forskare var tvungna att göra justeringar för att förvandla JWST:s rådata till något det mänskliga ögat kan uppskatta, men dess bilder är "riktiga", säger Alyssa Pagan, en naturvetenskaplig syningenjör vid Space Telescope Science Institute."Är det här verkligen vad vi skulle se om vi var där?Svaret är nej, eftersom våra ögon inte är designade för att se i infrarött, och teleskop är mycket känsligare för ljus än våra ögon.”Teleskopets utökade synfält gör att vi kan se dessa kosmiska objekt mer realistiskt än vad våra relativt begränsade ögon kan.JWST kan ta bilder med upp till 27 filter som fångar olika intervall av det infraröda spektrumet.Forskare isolerar först det mest användbara dynamiska området för en given bild och skalar ljusstyrkan för att avslöja så mycket detaljer som möjligt.De tilldelade sedan varje infrarött filter en färg i det synliga spektrumet – de kortaste våglängderna blev blå, medan de längre våglängderna blev gröna och röda.Sätt ihop dem och du har kvar den normala vitbalansen, kontrasten och färginställningarna som alla fotografer troligtvis kommer att göra.
Medan fullfärgsbilder är fascinerande, görs många spännande upptäckter en våglängd i taget.Här visar NIRSpec-instrumentet olika egenskaper hos Tarantulanebulosan genom olikafilter.Till exempel strålar atomärt väte (blått) ut våglängder från den centrala stjärnan och dess omgivande bubblor.Mellan dem finns spår av molekylärt väte (grönt) och komplexa kolväten (röda).Bevis tyder på att stjärnhopen i det nedre högra hörnet av ramen blåser damm och gas mot den centrala stjärnan.
Denna artikel publicerades ursprungligen i Scientific American 327, 6, 42-45 (december 2022) som "Behind the Pictures".
Jen Christiansen är senior grafikredaktör på Scientific American.Följ Christiansen på Twitter @ChristiansenJen
är seniorredaktör för rymd och fysik på Scientific American.Hon har en kandidatexamen i astronomi och fysik från Wesleyan University och en magisterexamen i vetenskapsjournalistik från University of California, Santa Cruz.Följ Moskowitz på Twitter @ClaraMoskowitz.Foto med tillstånd av Nick Higgins.
Upptäck vetenskap som förändrar världen.Utforska vårt digitala arkiv med anor från 1845, inklusive artiklar från över 150 Nobelpristagare.