Khi ánh sáng truyền qua không gian, nó bị giãn ra do sự giãn nở của vũ trụ.Đây là lý do tại sao nhiều vật thể ở xa nhất phát sáng trong vùng hồng ngoại, có bước sóng dài hơn ánh sáng khả kiến.Chúng ta không thể nhìn thấy ánh sáng cổ xưa này bằng mắt thường nhưng Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) được thiết kế để ghi lại nó, tiết lộ một số thiên hà sớm nhất từng được hình thành.
Mặt nạ khẩu độ: đục lỗkim loạitấm chặn một số ánh sáng đi vào kính thiên văn, cho phép nó mô phỏng giao thoa kế kết hợp dữ liệu từ nhiều kính thiên văn để đạt được độ phân giải cao hơn so với một thấu kính đơn lẻ.Phương pháp này mang lại nhiều chi tiết hơn ở những vật thể rất sáng ở khoảng cách gần, chẳng hạn như hai ngôi sao gần nhau trên bầu trời.
Mảng cổng vi mô: Một lưới gồm 248.000 cổng nhỏ có thể được mở hoặc đóng để đo quang phổ – sự truyền ánh sáng xuống các bước sóng cấu thành của nó – tại 100 điểm trong một khung.
Máy quang phổ: Một cách tử hoặc lăng kính tách ánh sáng tới thành quang phổ để hiển thị cường độ của từng bước sóng.
Máy ảnh: JWST có ba camera – hai camera thu ánh sáng ở bước sóng hồng ngoại gần và một camera thu ánh sáng ở bước sóng hồng ngoại trung bình.
Đơn vị trường tích phân: Máy ảnh kết hợp và máy quang phổ chụp ảnh cùng với quang phổ của từng pixel, cho thấy ánh sáng thay đổi như thế nào trong trường nhìn.
Coronagraphs: Ánh sáng chói từ các ngôi sao sáng có thể chặn ánh sáng yếu từ các hành tinh và các mảnh vụn quay quanh các ngôi sao đó.Coronograph là những vòng tròn mờ đục chặn ánh sáng sao sáng và cho phép các tín hiệu yếu hơn đi qua.
Cảm biến dẫn hướng chính xác (FGS)/Máy chụp ảnh hồng ngoại gần và Máy quang phổ không khe (NIRISS): FGS là một camera trỏ giúp hướng kính thiên văn đi đúng hướng.Nó được đóng gói với NIRISS có camera và máy quang phổ có thể chụp được hình ảnh và quang phổ hồng ngoại gần.
Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec): Máy quang phổ chuyên dụng này có thể thu được đồng thời 100 quang phổ thông qua một loạt các màn trập siêu nhỏ.Đây là thiết bị không gian đầu tiên có khả năng thực hiện phân tích quang phổ của nhiều vật thể cùng một lúc.
Camera hồng ngoại gần (NIRCam): Thiết bị hồng ngoại gần duy nhất có vành, NIRCam sẽ là công cụ chính để nghiên cứu các ngoại hành tinh có ánh sáng bị che khuất bởi ánh sáng chói của các ngôi sao gần đó.Nó sẽ chụp được những hình ảnh và quang phổ cận hồng ngoại có độ phân giải cao.
Thiết bị hồng ngoại giữa (MIRI): Sự kết hợp máy ảnh/máy quang phổ này là thiết bị duy nhất trong JWST có thể nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại giữa phát ra từ các vật thể nguội hơn như đĩa vụn xung quanh các ngôi sao và các thiên hà rất xa.
Alyssa Pagan, kỹ sư thị giác khoa học tại Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian cho biết, các nhà khoa học đã phải điều chỉnh để biến dữ liệu thô của JWST thành thứ mà mắt người có thể đánh giá được, nhưng hình ảnh của nó là “thật”.“Đây thực sự là những gì chúng ta sẽ thấy nếu chúng ta ở đó sao?Câu trả lời là không, vì mắt chúng ta không được thiết kế để nhìn trong vùng hồng ngoại và kính thiên văn nhạy cảm với ánh sáng hơn mắt chúng ta rất nhiều”.Trường quan sát mở rộng của kính thiên văn cho phép chúng ta nhìn thấy những vật thể vũ trụ này một cách thực tế hơn so với khả năng mà đôi mắt tương đối hạn chế của chúng ta có thể làm được.JWST có thể chụp ảnh bằng cách sử dụng tới 27 bộ lọc để chụp các dải phổ hồng ngoại khác nhau.Trước tiên, các nhà khoa học sẽ tách dải động hữu ích nhất cho một hình ảnh nhất định và chia tỷ lệ các giá trị độ sáng để hiển thị càng nhiều chi tiết càng tốt.Sau đó, họ gán cho mỗi bộ lọc hồng ngoại một màu trong phổ khả kiến ​​– bước sóng ngắn nhất trở thành màu xanh lam, trong khi bước sóng dài hơn trở thành xanh lục và đỏ.Đặt chúng lại với nhau và bạn sẽ có được các cài đặt cân bằng trắng, độ tương phản và màu sắc thông thường mà bất kỳ nhiếp ảnh gia nào cũng có thể thực hiện.
Trong khi những hình ảnh đầy màu sắc đầy mê hoặc thì nhiều khám phá thú vị đang được thực hiện theo từng bước sóng.Ở đây, công cụ NIRSpec hiển thị nhiều đặc điểm khác nhau của Tinh vân Tarantula thông qua nhiềubộ lọc.Ví dụ, hydro nguyên tử (màu xanh) phát ra các bước sóng từ ngôi sao trung tâm và các bong bóng xung quanh nó.Giữa chúng là dấu vết của hydro phân tử (màu xanh lá cây) và hydrocarbon phức tạp (màu đỏ).Bằng chứng cho thấy cụm sao ở góc dưới bên phải của khung hình đang thổi bụi và khí về phía ngôi sao trung tâm.
Bài viết này ban đầu được đăng trên Scientific American 327, 6, 42-45 (tháng 12 năm 2022) với tên gọi “Phía sau những bức ảnh”.
Jen Christiansen là biên tập viên đồ họa cao cấp tại Scientific American.Theo dõi Christiansen trên Twitter @ChristiansenJen
là Biên tập viên cao cấp về Không gian và Vật lý tại Scientific American.Cô có bằng cử nhân về thiên văn học và vật lý của Đại học Wesleyan và bằng thạc sĩ về báo chí khoa học của Đại học California, Santa Cruz.Theo dõi Moskowitz trên Twitter @ClaraMoskowitz.Hình ảnh lịch sự của Nick Higgins.
Khám phá khoa học đang thay đổi thế giới.Khám phá kho lưu trữ kỹ thuật số của chúng tôi có niên đại từ năm 1845, bao gồm các bài viết của hơn 150 người đoạt giải Nobel.