Το μυστικό που βοηθά το τηλεσκόπιο James Webb να εξερευνήσει το πρώιμο σύμπαν

(Νταν Τρι) - Μια μηχανή ικανή να βλέπει φως από γαλαξίες σχηματίστηκε πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Το τηλεσκόπιο James Webb κατασκευάστηκε για να κάνει αυτή την αποστολή πραγματικότητα.

Η «Μηχανή του χρόνου» εξερευνά το πρώιμο σύμπαν

Εικόνα του νεφελώματος NGC 604, περίπου 2,7 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, που τραβήχτηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb (Φωτογραφία: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Από την εκτόξευσή του τον Δεκέμβριο του 2021, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb έχει περιστραφεί γύρω από τη Γη για περισσότερα από ένα εκατομμύριο μίλια, στέλνοντας πίσω εκπληκτικές εικόνες από το βαθύ διάστημα.

Τι, λοιπόν, επέτρεψε στον Webb να «δει» τόσο μακριά, ακόμη και πίσω στο χρόνο, ώστε να εξερευνήσει το πρώιμο σύμπαν;

Το μυστικό έγκειται στο ισχυρό σύστημα κάμερας του Webb, ειδικά στην ικανότητά του να συλλαμβάνει υπέρυθρο φως - ένα είδος φωτός που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει.

Όταν ο Webb φωτογραφίζει έναν μακρινό γαλαξία, οι αστρονόμοι στην πραγματικότητα βλέπουν αυτόν τον γαλαξία δισεκατομμύρια χρόνια πριν.

Το φως από τον γαλαξία έχει ταξιδέψει στο διάστημα για δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει στον καθρέφτη του τηλεσκοπίου. Είναι σαν το Webb να είναι μια «μηχανή του χρόνου» που απαθανατίζει εικόνες του σύμπαντος στα πρώτα του στάδια.

Χρησιμοποιώντας έναν γιγάντιο καθρέφτη για να συλλέξει αυτό το αρχαίο φως, ο Webb αποκαλύπτει νέα μυστικά για το σύμπαν.

Webb: Το τηλεσκόπιο που «βλέπει» θερμότητα

Σε αντίθεση με το τηλεσκόπιο Hubble ή τις συμβατικές κάμερες, που τραβούν μόνο φωτογραφίες του ορατού φωτός, το Webb έχει σχεδιαστεί για να καταγράφει το υπέρυθρο φως.

Το υπέρυθρο φως έχει μεγαλύτερα μήκη κύματος από το ορατό φως, επομένως είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι. Ωστόσο, το Webb μπορεί να συλλάβει αυτό το είδος φωτός για να μελετήσει τα πρώτα και πιο μακρινά αντικείμενα στο σύμπαν.

Οι υπέρυθρες κάμερες, όπως τα γυαλιά νυχτερινής όρασης, σας επιτρέπουν να «βλέπετε» τα υπέρυθρα κύματα που εκπέμπονται από θερμά αντικείμενα, όπως ανθρώπους και ζώα. Η θερμοκρασία της εικόνας μετριέται σε βαθμούς Φαρενάιτ (εικόνα: NASA/JPL-Caltech).

Αν και το υπέρυθρο φως είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι, εξειδικευμένες συσκευές όπως οι υπέρυθρες κάμερες ή οι θερμικοί αισθητήρες μπορούν να το ανιχνεύσουν ως θερμότητα.

Τα γυαλιά νυχτερινής όρασης, τα οποία χρησιμοποιούν υπέρυθρο φως για την ανίχνευση θερμών αντικειμένων στο σκοτάδι, αποτελούν χαρακτηριστικό παράδειγμα. Ο Webb εφαρμόζει επίσης παρόμοια τεχνολογία για τη μελέτη αστεριών, γαλαξιών και πλανητών.

Ο λόγος που ο Webb χρησιμοποιεί υπέρυθρο φως είναι επειδή καθώς το ορατό φως από μακρινούς γαλαξίες ταξιδεύει στο διάστημα, τεντώνεται λόγω της διαστολής του σύμπαντος.

Αυτή η διαστολή μετατρέπει το ορατό φως σε υπέρυθρο φως. Ως αποτέλεσμα, οι πιο μακρινοί γαλαξίες στο διάστημα δεν λάμπουν πλέον στο ορατό φως αλλά σε αχνό υπέρυθρο φως. Το Webb έχει σχεδιαστεί ειδικά για την ανίχνευση αυτού του τύπου φωτός.

Γιγάντιος Χρυσός Καθρέφτης: Συλλέγοντας το πιο Αχνό Φως

Πριν το φως φτάσει στην κάμερα, πρέπει να καταγραφεί από τον γιγάντιο χρυσό καθρέφτη του Webb, ο οποίος έχει πλάτος μεγαλύτερο από 6,5 μέτρα και αποτελείται από 18 μικρότερους καθρέφτες διατεταγμένους σαν κηρήθρα.

Η επιφάνεια του καθρέφτη είναι καλυμμένη με ένα λεπτό στρώμα χρυσού, όχι μόνο για να βελτιωθεί η αισθητική αλλά και επειδή ο χρυσός αντανακλά εξαιρετικά καλά το υπέρυθρο φως.

Αυτός ο καθρέφτης συλλέγει φως από το βαθύ διάστημα και το αντανακλά στα όργανα του τηλεσκοπίου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο καθρέφτης, τόσο περισσότερο φως συλλέγει και τόσο πιο μακριά μπορεί να δει. Ο καθρέφτης του Webb είναι ο μεγαλύτερος που έχει σταλεί ποτέ στο διάστημα από τον άνθρωπο.

Ο μεγάλος καθρέφτης του Webb, που αποτελείται από 18 μικρούς εξαγωνικούς καθρέφτες και είναι επικαλυμμένος με χρυσό (φωτογραφία: NASA).

NIRCam και MIRI: Τα υπερευαίσθητα «μάτια» του Webb

Τα δύο πιο σημαντικά επιστημονικά όργανα του Webb, τα οποία λειτουργούν ως κάμερες, είναι η NIRCam και η MIRI.

Η NIRCam (Κάμερα Εγγύς Υπερύθρου) είναι η κύρια κάμερα του Webb, η οποία τραβάει εκπληκτικές εικόνες γαλαξιών και αστεριών. Διαθέτει επίσης έναν κορωνογράφο - μια συσκευή που μπλοκάρει το φως των αστεριών, ώστε να μπορεί να τραβάει εικόνες πολύ αμυδρών αντικειμένων κοντά σε πηγές έντονου φωτός, όπως πλανήτες που περιστρέφονται γύρω από φωτεινά αστέρια.

Το NIRCam λειτουργεί καταγράφοντας το εγγύς υπέρυθρο φως (το πιο κοντινό είδος φωτός σε αυτό που μπορεί να δει το ανθρώπινο μάτι) και διασπώντας το σε διαφορετικά μήκη κύματος. Αυτό επιτρέπει στους επιστήμονες όχι μόνο να προσδιορίσουν το σχήμα ενός αντικειμένου, αλλά και τη σύνθεσή του.

Διαφορετικά υλικά στο διάστημα απορροφούν και εκπέμπουν υπέρυθρο φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος, δημιουργώντας ένα μοναδικό «χημικό αποτύπωμα». Μελετώντας αυτά τα δακτυλικά αποτυπώματα, οι επιστήμονες μπορούν να μάθουν για τις ιδιότητες των μακρινών αστεριών και γαλαξιών.

Το MIRI (όργανο μέσου υπέρυθρου) ανιχνεύει μεγαλύτερα μήκη κύματος υπέρυθρου, τα οποία είναι ιδιαίτερα χρήσιμα για την ανίχνευση ψυχρότερων και πιο σκονισμένων αντικειμένων, όπως αστέρια που εξακολουθούν να σχηματίζονται μέσα σε νέφη αερίου. Το MIRI μπορεί ακόμη και να βοηθήσει στην εύρεση στοιχείων σχετικά με τους τύπους μορίων στις ατμόσφαιρες των πλανητών που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή.

Και οι δύο κάμερες είναι πολύ πιο ευαίσθητες από τις τυπικές κάμερες που χρησιμοποιούνται στη Γη. Οι κάμερες NIRCam και MIRI μπορούν να ανιχνεύσουν την παραμικρή ποσότητα θερμότητας από δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αν είχατε την κάμερα NIRCam του Webb ως μάτια σας, θα μπορούσατε να δείτε τη θερμότητα από μια μέλισσα στη Σελήνη.

Οι πρώτες εικόνες βαθέος πεδίου του Webb: εικόνα MIRI στα αριστερά και εικόνα NIRCam στα δεξιά (εικόνα: NASA).

Για να ανιχνεύσει αμυδρή θερμότητα από μακρινά αντικείμενα, το Webb πρέπει να παραμένει εξαιρετικά κρύο. Γι' αυτό φέρει μια γιγάντια ηλιακή θωράκιση στο μέγεθος ενός γηπέδου τένις. Αυτή η ηλιακή θωράκιση πέντε στρώσεων μπλοκάρει τη θερμότητα από τον ήλιο, τη Γη, ακόμη και τη σελήνη, διατηρώντας το Webb σε θερμοκρασία περίπου μείον 223 βαθμούς Κελσίου.

Το MIRI χρειάζεται να είναι ακόμη πιο κρύο, επομένως διαθέτει το δικό του ειδικό ψυγείο, που ονομάζεται κρυοψύκτης, για να το διατηρεί κοντά στους μείον 266 βαθμούς Κελσίου. Αν το Webb ήταν ακόμη λίγο πιο ζεστό, η δική του θερμότητα θα υπερνίκηζε τα αμυδρά σήματα που προσπαθούσε να ανιχνεύσει.

Μετατρέψτε το φως του περιβάλλοντος σε ζωντανές εικόνες

Όταν το φως φτάσει στην κάμερα του Webb, χτυπά αισθητήρες που ονομάζονται ανιχνευτές. Αυτοί οι ανιχνευτές δεν τραβούν κανονικές φωτογραφίες όπως μια κάμερα τηλεφώνου.

Αντ' αυτού, μετατρέπουν το υπέρυθρο φως σε ψηφιακά δεδομένα, τα οποία στη συνέχεια αποστέλλονται πίσω στη Γη, όπου οι επιστήμονες το επεξεργάζονται και το μετατρέπουν σε εικόνες πλήρους χρώματος.

Τα χρώματα που βλέπουμε στις εικόνες του Webb δεν είναι αυτά που «βλέπει» άμεσα η κάμερα. Δεδομένου ότι το υπέρυθρο φως είναι αόρατο, οι επιστήμονες αντιστοιχίζουν χρώματα σε διαφορετικά μήκη κύματος για να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τι υπάρχει στην εικόνα.

Αυτές οι επεξεργασμένες εικόνες βοηθούν στην αποκάλυψη της δομής, της ηλικίας και της σύνθεσης των γαλαξιών, των αστεριών και άλλων.

Χρησιμοποιώντας ένα γιγάντιο κάτοπτρο για να συλλέγει αόρατο υπέρυθρο φως και να το στέλνει σε εξαιρετικά ψυχρές κάμερες, το τηλεσκόπιο James Webb μας επέτρεψε να δούμε γαλαξίες να σχηματίζονται από την αρχή του σύμπαντος, που σημαίνει ότι βλέπουμε τι συνέβη πριν από περίπου 14 δισεκατομμύρια χρόνια.

Πηγή: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm