Коли світло подорожує крізь простір, воно розтягується завдяки розширенню Всесвіту.Ось чому багато найвіддаленіших об’єктів світяться в інфрачервоному діапазоні, який має більшу довжину хвилі, ніж видиме світло.Ми не можемо побачити це стародавнє світло неозброєним оком, але космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) призначений для його захоплення, показуючи деякі з найдавніших галактик, які коли-небудь утворювалися.
Маскування діафрагми: перфорованаметалПластина блокує частину світла, що потрапляє в телескоп, дозволяючи йому імітувати інтерферометр, який поєднує дані з кількох телескопів для досягнення вищої роздільної здатності, ніж одна лінза.Цей метод виявляє більше деталей на дуже яскравих об’єктах, розташованих поблизу, наприклад, на двох сусідніх зірках на небі.
Micro Gate Array: сітку з 248 000 малих воріт можна відкривати або закривати, щоб виміряти спектр — поширення світла до його складових довжин хвиль — у 100 точках в одному кадрі.
Спектрометр: решітка або призма розділяє падаюче світло на спектр для відображення інтенсивності окремих довжин хвиль.
Камери: JWST має три камери – дві, які вловлюють світло в ближньому інфрачервоному діапазоні, і одну, яка вловлює світло в середньому інфрачервоному діапазоні.
Інтегрований польовий блок: об’єднана камера та спектрометр фіксує зображення разом із спектром кожного пікселя, показуючи, як змінюється світло в полі зору.
Коронаграфи: відблиски від яскравих зірок можуть блокувати слабке світло від планет і дисків уламків, що обертаються навколо цих зірок.Коронографи — це непрозорі кола, які блокують яскраве світло зірок і пропускають слабші сигнали.
Датчик точного наведення (FGS)/камера ближнього інфрачервоного діапазону та безщілинний спектрометр (NIRISS): FGS — це навідна камера, яка допомагає спрямовувати телескоп у правильному напрямку.Він комплектується системою NIRISS, яка має камеру та спектрометр, які можуть знімати зображення та спектри в ближньому інфрачервоному діапазоні.
Спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec): цей спеціалізований спектрометр може одночасно отримувати 100 спектрів через масив мікрозатворів.Це перший космічний прилад, здатний виконувати спектральний аналіз такої кількості об’єктів одночасно.
Камера ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam): єдиний інструмент ближнього інфрачервоного діапазону з коронографом, NIRCam стане ключовим інструментом для вивчення екзопланет, світло яких інакше було б затемнене відблисками найближчих зірок.Він зніматиме зображення та спектри високої роздільної здатності в ближньому інфрачервоному діапазоні.
Інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI): ця комбінація камери та спектрографа є єдиним інструментом у JWST, який може бачити світло середнього інфрачервоного діапазону, випромінюване холоднішими об’єктами, такими як диски уламків навколо зірок і дуже далеких галактик.
Вченим довелося внести корективи, щоб перетворити необроблені дані JWST на те, що може оцінити людське око, але його зображення «справжні», — сказала Алісса Паган, інженер наукового бачення з Наукового інституту космічного телескопа.«Це справді те, що ми б побачили, якби були там?Відповідь – ні, тому що наші очі не призначені для перегляду в інфрачервоному діапазоні, а телескопи набагато чутливіші до світла, ніж наші очі».Розширене поле зору телескопа дозволяє нам бачити ці космічні об’єкти більш реалістично, ніж наші відносно обмежені очі.JWST може робити знімки, використовуючи до 27 фільтрів, які захоплюють різні діапазони інфрачервоного спектру.Спочатку вчені виділяють найбільш корисний динамічний діапазон для даного зображення та масштабують значення яскравості, щоб розкрити якомога більше деталей.Потім вони присвоїли кожному інфрачервоному фільтру колір у видимому спектрі – найкоротші хвилі стали синіми, а довгі – зеленими та червоними.З’єднайте їх разом, і ви отримаєте звичайні параметри балансу білого, контрастності та кольору, які, швидше за все, зробить будь-який фотограф.
Хоча повнокольорові зображення заворожують, багато захоплюючих відкриттів робляться на одній довжині хвилі за раз.Тут прилад NIRSpec показує різноманітні особливості туманності Тарантулафільтри.Наприклад, атомарний водень (синій) випромінює довжини хвилі від центральної зірки та оточуючих її бульбашок.Між ними сліди молекулярного водню (зелений) і складних вуглеводнів (червоний).Докази свідчать про те, що зоряне скупчення в нижньому правому куті кадру дує пил і газ до центральної зірки.
Ця стаття була спочатку опублікована в Scientific American 327, 6, 42-45 (грудень 2022 р.) під назвою «Behind the Pictures».
Джен Крістіансен — старший графічний редактор Scientific American.Слідкуйте за Крістіансеном у Twitter @ChristiansenJen
є старшим редактором відділу космосу та фізики в Scientific American.Вона має ступінь бакалавра астрономії та фізики в Уесліанському університеті та ступінь магістра наукової журналістики в Каліфорнійському університеті в Санта-Крус.Слідкуйте за Московіцем у Twitter @ClaraMoskowitz.Фото надано Ніком Хіггінсом.
Відкрийте для себе науку, яка змінює світ.Перегляньте наш цифровий архів, починаючи з 1845 року, включаючи статті понад 150 нобелівських лауреатів.