Terwijl licht door de ruimte reist, wordt het uitgerekt door de uitdijing van het heelal.Dit is de reden waarom veel van de meest verre objecten in het infrarood gloeien, dat een langere golflengte heeft dan zichtbaar licht.We kunnen dit eeuwenoude licht niet met het blote oog zien, maar de James Webb Space Telescope (JWST) is ontworpen om het vast te leggen, waardoor enkele van de vroegste sterrenstelsels die ooit zijn gevormd zichtbaar worden.
Diafragmamaskering: A geperforeerdmetaalplaat blokkeert een deel van het licht dat de telescoop binnenkomt, waardoor deze een interferometer kan nabootsen die gegevens van meerdere telescopen combineert om een ​​hogere resolutie te bereiken dan een enkele lens.Deze methode brengt meer details naar voren in zeer heldere objecten die zich dicht bij elkaar bevinden, zoals twee nabijgelegen sterren aan de hemel.
Micro Gate Array: Een raster van 248.000 kleine poorten kan worden geopend of gesloten om het spectrum (de voortplanting van licht tot aan de samenstellende golflengten) te meten op 100 punten in één frame.
Spectrometer: Een rooster of prisma scheidt invallend licht in een spectrum om de intensiteit van individuele golflengten weer te geven.
Camera's: JWST heeft drie camera's: twee die licht opvangen in de nabij-infrarode golflengten en één die licht opvangt in de midden-infrarode golflengten.
Integrale veldeenheid: De gecombineerde camera en spectrometer leggen een beeld vast samen met het spectrum van elke pixel, en laten zien hoe licht verandert in het gezichtsveld.
Coronagrafen: Schittering van heldere sterren kan zwak licht blokkeren van planeten en puinschijven die rond deze sterren draaien.Coronografen zijn ondoorzichtige cirkels die helder sterlicht blokkeren en zwakkere signalen doorlaten.
Fine Guidance Sensor (FGS)/Near Infrared Imager en Slitless Spectrometer (NIRISS): De FGS is een richtcamera die helpt de telescoop in de goede richting te richten.Het is verpakt met NIRISS, dat een camera en een spectrometer heeft die nabij-infraroodbeelden en spectra kan vastleggen.
Nabij-infraroodspectrometer (NIRSpec): Deze gespecialiseerde spectrometer kan tegelijkertijd 100 spectra registreren via een reeks microshutters.Dit is het eerste ruimte-instrument dat spectrale analyses van zoveel objecten tegelijk kan uitvoeren.
Nabij-infraroodcamera (NIRCam): NIRCam, het enige nabij-infraroodinstrument met een coronagraaf, zal een belangrijk hulpmiddel zijn voor het bestuderen van exoplaneten waarvan het licht anders zou worden verduisterd door de schittering van nabijgelegen sterren.Het zal nabij-infraroodbeelden en spectra met hoge resolutie vastleggen.
Midden-infraroodinstrument (MIRI): Deze camera/spectrograafcombinatie is het enige instrument in de JWST dat midden-infraroodlicht kan zien dat wordt uitgezonden door koelere objecten zoals puinschijven rond sterren en zeer verre sterrenstelsels.
Wetenschappers moesten aanpassingen maken om de ruwe gegevens van JWST om te zetten in iets dat het menselijk oog kan waarderen, maar de beelden zijn 'echt', zegt Alyssa Pagan, een wetenschapsvisie-ingenieur bij het Space Telescope Science Institute.‘Is dit echt wat we zouden zien als we daar waren?Het antwoord is nee, omdat onze ogen niet zijn ontworpen om in het infrarood te zien, en telescopen veel gevoeliger zijn voor licht dan onze ogen.”Dankzij het uitgebreide gezichtsveld van de telescoop kunnen we deze kosmische objecten realistischer zien dan onze relatief beperkte ogen.JWST kan foto's maken met maximaal 27 filters die verschillende bereiken van het infraroodspectrum vastleggen.Wetenschappers isoleren eerst het meest bruikbare dynamische bereik voor een bepaald beeld en schalen de helderheidswaarden om zoveel mogelijk details zichtbaar te maken.Vervolgens gaven ze elk infraroodfilter een kleur in het zichtbare spectrum: de kortste golflengten werden blauw, terwijl de langere golflengten groen en rood werden.Voeg ze samen en je houdt de normale witbalans-, contrast- en kleurinstellingen over die elke fotograaf waarschijnlijk zal maken.
Hoewel kleurenafbeeldingen fascinerend zijn, worden er veel opwindende ontdekkingen gedaan, golflengte voor golflengte.Hier toont het NIRSpec-instrument verschillende kenmerken van de Tarantulanevel via verschillendefilters.Atomaire waterstof (blauw) straalt bijvoorbeeld golflengten uit van de centrale ster en de omringende bellen.Daartussen bevinden zich sporen van moleculaire waterstof (groen) en complexe koolwaterstoffen (rood).Er zijn aanwijzingen dat de sterrenhoop in de rechter benedenhoek van het beeld stof en gas naar de centrale ster blaast.
Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd in Scientific American 327, 6, 42-45 (december 2022) als “Behind the Pictures”.
Jen Christiansen is senior grafisch redacteur bij Scientific American.Volg Christiansen op Twitter @ChristiansenJen
is Senior Editor voor Ruimte en Natuurkunde bij Scientific American.Ze heeft een bachelordiploma in astronomie en natuurkunde van de Wesleyan University en een masterdiploma in wetenschapsjournalistiek van de University of California, Santa Cruz.Volg Moskowitz op Twitter @ClaraMoskowitz.Foto met dank aan Nick Higgins.
Ontdek de wetenschap die de wereld verandert.Ontdek ons ​​digitale archief dat teruggaat tot 1845, inclusief artikelen van meer dan 150 Nobelprijswinnaars.