เมื่อแสงเดินทางผ่านอวกาศ แสงจะถูกขยายออกไปตามการขยายตัวของจักรวาลนี่คือสาเหตุที่วัตถุที่อยู่ไกลที่สุดจำนวนมากเรืองแสงในอินฟราเรด ซึ่งมีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงที่มองเห็นได้เราไม่สามารถมองเห็นแสงโบราณนี้ได้ด้วยตาเปล่า แต่กล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) ได้รับการออกแบบมาเพื่อจับภาพดังกล่าว โดยเผยให้เห็นกาแลคซีแรกๆ บางแห่งที่เคยก่อตัวขึ้นมา
Aperture Masking : มีรูพรุนโลหะแผ่นกั้นแสงบางส่วนที่เข้าสู่กล้องโทรทรรศน์ ทำให้สามารถเลียนแบบอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ที่รวมข้อมูลจากกล้องโทรทรรศน์หลายตัวเพื่อให้ได้ความละเอียดสูงกว่าเลนส์ตัวเดียววิธีนี้จะดึงรายละเอียดมากขึ้นเกี่ยวกับวัตถุสว่างมากในบริเวณใกล้เคียง เช่น ดาวฤกษ์สองดวงที่อยู่ใกล้ๆ บนท้องฟ้า
Micro Gate Array: สามารถเปิดหรือปิดตารางเกตขนาดเล็กจำนวน 248,000 เกตเพื่อวัดสเปกตรัม - การแพร่กระจายของแสงลงไปจนถึงความยาวคลื่นที่เป็นส่วนประกอบ - ที่ 100 จุดในหนึ่งเฟรม
สเปกโตรมิเตอร์: ตะแกรงหรือปริซึมแยกแสงที่ตกกระทบออกเป็นสเปกตรัมเพื่อแสดงความเข้มของความยาวคลื่นแต่ละรายการ
กล้อง: JWST มีกล้องสามตัว โดยสองตัวจับแสงในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดใกล้ และอีกตัวหนึ่งจับแสงในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรดกลาง
หน่วยสนามแบบรวม: กล้องและสเปกโตรมิเตอร์ที่รวมกันจะจับภาพพร้อมกับสเปกตรัมของแต่ละพิกเซล ซึ่งแสดงให้เห็นว่าแสงเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในขอบเขตการมองเห็น
Coronagraphs: แสงจ้าจากดวงดาวที่สว่างจ้าสามารถบังแสงสลัวๆ จากดาวเคราะห์และดิสก์เศษซากที่โคจรรอบดาวฤกษ์เหล่านั้นได้Coronograph เป็นวงกลมทึบแสงที่กั้นแสงดาวสว่างและยอมให้สัญญาณที่อ่อนกว่าสามารถผ่านได้
Fine Guidance Sensor (FGS)/NearอินฟราเรดImager และ Slitless Spectrometer (NIRISS): FGS เป็นกล้องชี้ตำแหน่งที่ช่วยชี้กล้องโทรทรรศน์ไปในทิศทางที่ถูกต้องมาพร้อมกับ NIRISS ซึ่งมีกล้องและสเปกโตรมิเตอร์ที่สามารถจับภาพและสเปกตรัมใกล้เคียงอินฟราเรดได้
Nearอินฟราเรดสเปกโตรมิเตอร์ (NIRSpec): สเปกโตรมิเตอร์เฉพาะทางนี้สามารถรับสเปกตรัม 100 สเปกตรัมพร้อมกันผ่านอาร์เรย์ของไมโครชัตเตอร์นี่เป็นเครื่องมืออวกาศเครื่องแรกที่สามารถทำการวิเคราะห์สเปกตรัมของวัตถุจำนวนมากได้พร้อมๆ กัน
กล้องอินฟราเรดใกล้ (NIRCam): เครื่องมืออินฟราเรดใกล้ชนิดเดียวที่มีโคโรนากราฟ NIRCam จะเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบสุริยะซึ่งแสงจะถูกบดบังด้วยแสงจ้าของดาวฤกษ์ใกล้เคียงโดยจะจับภาพและสเปกตรัมใกล้อินฟราเรดที่มีความละเอียดสูง
เครื่องมืออินฟราเรดกลาง (MIRI): การรวมกันของกล้อง/สเปกโตรกราฟนี้เป็นเครื่องมือเดียวใน JWST ที่สามารถมองเห็นแสงอินฟราเรดตอนกลางที่ปล่อยออกมาจากวัตถุเย็นกว่า เช่น ดิสก์เศษซากรอบดาวฤกษ์และกาแลคซีที่อยู่ห่างไกลมาก
นักวิทยาศาสตร์ต้องทำการปรับเปลี่ยนเพื่อเปลี่ยนข้อมูลดิบของ JWST ให้เป็นสิ่งที่สายตามนุษย์สามารถเข้าใจได้ แต่ภาพของข้อมูลนั้น "จริง" อลิสซา พาแกน วิศวกรด้านการมองเห็นทางวิทยาศาสตร์ของสถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศ กล่าว“นี่คือสิ่งที่เราจะได้เห็นจริงๆ ถ้าเราอยู่ที่นั่น?คำตอบคือไม่ เพราะดวงตาของเราไม่ได้ถูกออกแบบมาให้มองเห็นในอินฟราเรด และกล้องโทรทรรศน์ก็มีความไวต่อแสงมากกว่าดวงตาของเรามาก”มุมมองที่ขยายของกล้องโทรทรรศน์ช่วยให้เรามองเห็นวัตถุในจักรวาลเหล่านี้ได้อย่างสมจริงมากกว่าที่ตาของเราค่อนข้างจำกัดจะสามารถทำได้JWST สามารถถ่ายภาพโดยใช้ฟิลเตอร์ได้ถึง 27 ตัว ซึ่งจับช่วงสเปกตรัมอินฟราเรดที่แตกต่างกันขั้นแรกนักวิทยาศาสตร์จะแยกช่วงไดนามิกที่มีประโยชน์ที่สุดสำหรับภาพที่กำหนดและปรับขนาดค่าความสว่างเพื่อเปิดเผยรายละเอียดให้มากที่สุดจากนั้นพวกเขาจึงกำหนดสีให้กับฟิลเตอร์อินฟราเรดแต่ละตัวในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ โดยความยาวคลื่นที่สั้นที่สุดจะกลายเป็นสีน้ำเงิน ในขณะที่ความยาวคลื่นที่ยาวกว่าจะกลายเป็นสีเขียวและสีแดงเมื่อรวมเข้าด้วยกันแล้วคุณจะได้สมดุลสีขาว คอนทราสต์ และการตั้งค่าสีตามปกติอย่างที่ช่างภาพทุกคนน่าจะทำได้
แม้ว่าภาพสีจะดูน่าหลงใหล แต่การค้นพบที่น่าตื่นเต้นมากมายก็เกิดขึ้นทีละช่วงคลื่นในที่นี้ เครื่องมือ NIRSpec จะแสดงคุณลักษณะต่างๆ ของเนบิวลาทารันทูลาผ่านคุณสมบัติต่างๆ มากมายตัวกรอง.ตัวอย่างเช่น อะตอมไฮโดรเจน (สีน้ำเงิน) แผ่รังสีความยาวคลื่นจากดาวฤกษ์ใจกลางและฟองอากาศที่อยู่รอบๆระหว่างนั้นมีร่องรอยของโมเลกุลไฮโดรเจน (สีเขียว) และไฮโดรคาร์บอนเชิงซ้อน (สีแดง)หลักฐานบ่งชี้ว่ากระจุกดาวที่มุมขวาล่างของกรอบพัดฝุ่นและก๊าซเข้าหาดาวฤกษ์ใจกลาง
บทความนี้เดิมตีพิมพ์ใน Scientific American 327, 6, 42-45 (ธันวาคม 2022) ในชื่อ "Behind the Pictures"
Jen Christiansen เป็นบรรณาธิการกราฟิกอาวุโสของ Scientific Americanติดตามคริสเตียนเซนบน Twitter @ChristiansenJen
เป็นบรรณาธิการอาวุโสด้านอวกาศและฟิสิกส์ที่ Scientific Americanเธอสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรีสาขาดาราศาสตร์และฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเวสลียัน และปริญญาโทสาขาวารสารศาสตร์วิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซติดตาม Moskowitz บน Twitter @ClaraMoskowitzภาพถ่ายโดยนิค ฮิกกินส์
ค้นพบวิทยาศาสตร์ที่กำลังเปลี่ยนแปลงโลกสำรวจคลังข้อมูลดิจิทัลของเราย้อนหลังไปถึงปี 1845 รวมถึงบทความจากผู้ได้รับรางวัลโนเบลมากกว่า 150 คน