Ten artykuł został pierwotnie opublikowany pod adresem Rozmowa. Publikacja przyczyniła się do artykułu do Space.com Głosy ekspertów: Op-Ed & Insights.
Wyobraź sobie tak potężny aparat, że widzi światło z galaktyk, które powstało więcej niż 13 miliardów lat temu. Właśnie to jest zbudowany teleskop kosmiczny Jamesa Webba z NASA.
Od momentu uruchomienia Grudnia 2021 rWebb krążył krążąc z ponad miliona mil od Ziemi, rejestrując zapierające dech w piersiach obrazy głębokiej przestrzeni. Ale jak to naprawdę działa? A jak to może zobaczyć do tej pory? Sekret leży w jego potężnych aparatach – zwłaszcza tych, które nie widzą światła tak, jak robią nasze oczy.
Jestem astrofizykiem Kto studiuje galaktyki i Supermasywne czarne dziurya teleskop Webb jest niesamowitym narzędziem do obserwacji jednych z najwcześniejszych galaktyk i czarnych dziur we wszechświecie.
Kiedy Webb robi zdjęcie odległej galaktyki, astronomowie tacy jak ja faktycznie widzą, jak ta galaktyka wyglądała jak miliardy lat temu. Światło z tej galaktyki podróżuje przez miliardy lat, aby dotrzeć do lustra teleskopu. To tak, jakby posiadanie czasu, który robi migawki wczesnego wszechświata.
Używając gigantycznego lustra do zbierania starożytnego światła, Webb odkrywa nowe sekrety o wszechświecie.
Teleskop, który widzi ciepło
W przeciwieństwie do zwykłych kamer, a nawet Hubble Teleskop kosmiczny, który robi zdjęcia widzialnego światła, Webb został zaprojektowany, aby zobaczyć rodzaj światła, które jest niewidoczne dla twoich oczu: Światło podczerwieni. Światło podczerwieni ma dłuższe długości fali niż światło widzialne, dlatego nasze oczy nie mogą go wykryć. Ale dzięki odpowiednim instrumentom Webb może uchwycić światło w podczerwieni, aby zbadać niektóre z najwcześniejszych i najbardziej odległych obiektów we wszechświecie.
Chociaż ludzkie oko go nie widzi, ludzie mogą wykryć światło w podczerwieni jako formę ciepła za pomocą wyspecjalizowanej technologii, takich jak kamery podczerwieni lub czujniki termiczne. Na przykład gogle z wizji nocnej używają światła podczerwieni do wykrywania ciepłych obiektów w ciemności. Webb wykorzystuje ten sam pomysł do studiowania gwiazd, galaktyk i planet.
Dlaczego podczerwień? Kiedy widoczne światło z dalekich galaktyk porusza się po wszechświecie, Rozciąga się. To dlatego, że Wszechświat się rozwija. To rozciąganie zamienia widzialne światło w światło podczerwieni. Tak więc najbardziej odległe galaktyki w przestrzeni nie świecą już w widzialnym świetle – świecą w słabej podczerwieni. To światło Webb jest zbudowane do wykrycia.
Złote lustro, aby zebrać najsłabszy blask
Zanim światło dotrze do aparatów, najpierw musi zostać zebrane przez teleskopu Webba Ogromne złote lustro. To lustro ma szerokość ponad 21 stóp (6,5 metra) i wykonane z 18 mniejszych lustrzanych elementów, które pasują do siebie jak plaster miodu. Jest pokryty cienką warstwą prawdziwego złota – nie tylko po to, aby wyglądać fantazyjnie, ale dlatego, że złoto bardzo dobrze odbija światło podczerwieni.
Lustro zbiera światło z głębokiej przestrzeni i odbija je w instrumentach teleskopu. . Większe lustroim więcej światła może zebrać – i im dalej widzi. Webb’s Mirror to największy, jaki kiedykolwiek wprowadził w kosmos.
Wewnątrz kamer: Nircam i Miri
Najważniejsze „oczy” teleskopu to dwa instrumenty naukowe, które działają jak kamery: Nircam i Miri.
Nircam oznacza kamerę bliskiej podczerwieni. Jest to główny aparat na Webb i robi oszałamiające obrazy galaktyk i gwiazd. Ma też Koronagraf – Urządzenie, które blokuje światło Star, aby mogło fotografować bardzo słabe obiekty w pobliżu jasnych źródeł, takich jak planety krążące na jasnych gwiazdach.
Nircam działa przez obrazowanie światła bliskiej podczerwienityp najbliżej tego, co ludzkie oczy mogą się prawie zobaczyć, i dzieli je na różne długości fali. Pomaga to naukowcom dowiedzieć się nie tylko, jak coś wygląda, ale z tego, co jest zrobione. Różne materiały w przestrzeni pochłaniają i emituj światło podczerwieni przy określonych długościach fali, tworząc rodzaj unikalnego Odcisk palca chemicznego. Badając te odciski palców, naukowcy mogą odkryć właściwości odległych gwiazd i galaktyk.
Miri lub instrument w środkowej podczerwieni, wykrywa dłuższe długości fali podczerwieniktóre są szczególnie przydatne do wykrywania chłodniejszych i odkurzszych obiektów, takich jak gwiazdy, które wciąż tworzą się w chmurach gazu. MiRI może nawet pomóc w znalezieniu wskazówek na temat rodzajów cząsteczek w atmosferze planety, które mogą wspierać życie.
Oba kamery są znacznie bardziej wrażliwe niż standardowe kamery stosowane na Ziemi. Nircam i Miri mogą wykryć najmniejsze ilości ciepła z miliardów lat świetlnych. Gdybyś miał Nircama Webba jako oczy, można było zobaczyć ciepło z trzmiel na Księżycu. Takie jest wrażliwe.
Ponieważ Webb próbuje wykryć słabe ciepło z odległych obiektów, musi zachować tak zimno, jak to możliwe. Dlatego to niesie Gigantyczna tarcza słoneczna wielkości sądu tenisowego. Ta pięciowarstwowa tarcza słoneczna blokuje ciepło przed SłońceW Ziemia a nawet Księżycpomaganie Webb pozostać niesamowicie zimnym: około -370 stopni F (-223 stopni c).
Miri musi być jeszcze zimniej. Ma swoją własną specjalną lodówkę, zwaną Cryoceoler, aby utrzymać ją na schładzanie się do -447 stopni F (-266 stopni c). Gdyby Webb był nawet trochę ciepły, jego ciepło zagłuszyłoby odległe sygnały, które próbuje wykryć.
Przekształcanie światła przestrzennego w zdjęcia
Gdy światło dotrze do kamer teleskopu Webba, trafia ono czujniki o nazwie detektory. Te detektory Nie realizuj zwykłych zdjęć jak aparat telefoniczny. Zamiast tego konwertują przychodzące światło podczerwieni na dane cyfrowe. Te dane są następnie odesłane z powrotem na ziemię, gdzie naukowcy przetwarzają je Obrazy pełne koloru.
Kolory, które widzimy na zdjęciach Webba, nie są tym, co kamera „widzi” bezpośrednio. Ponieważ światło w podczerwieni jest niewidoczne, naukowcy przypisują kolory do różnych długości fal, aby pomóc nam zrozumieć, co jest na obrazie. Te przetworzone obrazy pomagają pokazać strukturę, wiek i skład galaktyk, gwiazd i innych.
Używając gigantycznego lustra do zbierania niewidzialnego światła podczerwieni i wysyłając je do super-wolnych kamer, Webb pozwala nam zobaczyć galaktyki, które powstały tuż po rozpoczęciu wszechświata.
Ten artykuł jest opublikowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytaj Oryginalny artykuł.
