رازی که به تلسکوپ جیمز وب کمک می‌کند تا جهان اولیه را کشف کند

(دن تری) - دستگاهی که قادر به دیدن نور کهکشان‌هایی است که ۱۳ میلیارد سال پیش تشکیل شده‌اند. تلسکوپ جیمز وب برای تحقق بخشیدن به آن ماموریت ساخته شد.

«ماشین زمان» جهان اولیه را کاوش می‌کند

تصویر سحابی NGC 604، در فاصله حدود ۲.۷ میلیون سال نوری از زمین، گرفته شده توسط تلسکوپ فضایی جیمز وب (عکس: NASA/ESA/CSSA/STScl).

تلسکوپ فضایی جیمز وب از زمان پرتابش در دسامبر ۲۰۲۱، بیش از یک میلیون مایل در مدار زمین چرخیده و تصاویر نفس‌گیری از اعماق فضا ارسال کرده است.

بنابراین، چه چیزی به وب اجازه داد تا این فاصله را «ببیند»، حتی در زمان به عقب برگردد و جهان اولیه را کاوش کند؟

راز این موضوع در سیستم دوربین قدرتمند وب، به ویژه توانایی آن در ثبت نور مادون قرمز - نوعی نور که چشم انسان قادر به دیدن آن نیست - نهفته است.

وقتی تلسکوپ جیمز وب از یک کهکشان دوردست عکس می‌گیرد، ستاره‌شناسان در واقع میلیاردها سال پیش آن کهکشان را می‌بینند.

نور این کهکشان میلیاردها سال در فضا سفر کرده تا به آینه تلسکوپ برسد. گویی وب یک "ماشین زمان" است که تصاویری از جهان در مراحل اولیه آن را ثبت می‌کند.

با استفاده از یک آینه غول‌پیکر برای جمع‌آوری این نور باستانی، وب در حال کشف اسرار جدیدی درباره کیهان است.

وب: تلسکوپی که گرما را "می‌بیند"

برخلاف تلسکوپ هابل یا دوربین‌های معمولی که فقط از نور مرئی عکس می‌گیرند، وب برای ثبت نور مادون قرمز طراحی شده است.

نور مادون قرمز طول موج‌های بلندتری نسبت به نور مرئی دارد، بنابراین برای چشم انسان نامرئی است. با این حال، تلسکوپ جیمز وب می‌تواند این نوع نور را برای مطالعه اولین و دورترین اجرام کیهان ثبت کند.

دوربین‌های مادون قرمز، مانند عینک‌های دید در شب، به شما امکان می‌دهند امواج مادون قرمز ساطع شده از اشیاء گرم مانند انسان‌ها و حیوانات را «ببینید». دمای تصویر بر حسب درجه فارنهایت اندازه‌گیری می‌شود (تصویر: NASA/JPL-Caltech).

اگرچه نور مادون قرمز برای چشم انسان نامرئی است، اما دستگاه‌های تخصصی مانند دوربین‌های مادون قرمز یا حسگرهای حرارتی می‌توانند آن را به عنوان گرما تشخیص دهند.

عینک‌های دید در شب که از نور مادون قرمز برای تشخیص اجسام گرم در تاریکی استفاده می‌کنند، نمونه بارزی از این موارد هستند. وب همچنین از فناوری مشابهی برای مطالعه ستارگان، کهکشان‌ها و سیارات استفاده می‌کند.

دلیل اینکه وب از نور مادون قرمز استفاده می‌کند این است که نور مرئی از کهکشان‌های دوردست در فضا حرکت می‌کند و به دلیل انبساط جهان، کشیده می‌شود.

این انبساط، نور مرئی را به نور مادون قرمز تبدیل می‌کند. در نتیجه، دورترین کهکشان‌های فضا دیگر در نور مرئی نمی‌درخشند، بلکه در نور مادون قرمز ضعیف می‌درخشند. تلسکوپ وب به طور خاص برای تشخیص این نوع نور طراحی شده است.

آینه طلایی غول‌پیکر: جمع‌آوری کم‌نورترین نور

قبل از اینکه نور به دوربین برسد، باید توسط آینه طلایی غول‌پیکر وب که بیش از ۶.۵ متر عرض دارد و از ۱۸ آینه کوچک‌تر که مانند لانه زنبور چیده شده‌اند، تشکیل شده است، ثبت شود.

سطح آینه با یک لایه نازک از طلا پوشانده شده است، نه تنها برای افزایش زیبایی، بلکه به این دلیل که طلا نور مادون قرمز را به خوبی منعکس می‌کند.

این آینه نور را از اعماق فضا جمع‌آوری کرده و آن را به ابزارهای تلسکوپ منعکس می‌کند. هرچه آینه بزرگتر باشد، نور بیشتری جمع‌آوری می‌کند و می‌تواند تا فواصل دورتری را ببیند. آینه وب بزرگترین آینه‌ای است که تاکنون توسط بشر به فضا فرستاده شده است.

آینه بزرگ وب، متشکل از ۱۸ آینه شش ضلعی کوچک و روکش شده با طلا (عکس: ناسا).

NIRCam و MIRI: چشمان فوق‌العاده حساس وب

دو ابزار علمی مهم وب که به عنوان دوربین عمل می‌کنند، NIRCam و MIRI هستند.

دوربین اصلی تلسکوپ جیمز وب، NIRCam (دوربین مادون قرمز نزدیک) است که تصاویر خیره‌کننده‌ای از کهکشان‌ها و ستاره‌ها می‌گیرد. این تلسکوپ همچنین دارای یک تاج‌نگار است - دستگاهی که نور ستاره را مسدود می‌کند تا بتواند از اشیاء بسیار کم‌نور نزدیک به منابع نور درخشان، مانند سیاراتی که به دور ستاره‌های درخشان می‌چرخند، عکس بگیرد.

NIRCam با گرفتن نور نزدیک به مادون قرمز (نزدیک‌ترین نوع نور به آنچه چشم انسان می‌تواند ببیند) و تجزیه آن به طول موج‌های مختلف کار می‌کند. این به دانشمندان اجازه می‌دهد تا نه تنها شکل یک جسم، بلکه ترکیب آن را نیز تعیین کنند.

مواد مختلف در فضا، نور مادون قرمز را در طول موج‌های خاص جذب و منتشر می‌کنند و یک «اثر انگشت شیمیایی» منحصر به فرد ایجاد می‌کنند. با مطالعه این اثر انگشت‌ها، دانشمندان می‌توانند در مورد خواص ستاره‌ها و کهکشان‌های دوردست اطلاعات کسب کنند.

MIRI (ابزار مادون قرمز میانی) طول موج‌های مادون قرمز بلندتر را تشخیص می‌دهد، که به ویژه برای تشخیص اشیاء سردتر و غبارآلودتر، مانند ستاره‌هایی که هنوز در ابرهای گازی در حال شکل‌گیری هستند، مفید هستند. MIRI حتی می‌تواند به یافتن سرنخ‌هایی در مورد انواع مولکول‌های موجود در جو سیاراتی که می‌توانند از حیات پشتیبانی کنند، کمک کند.

هر دو دوربین بسیار حساس‌تر از دوربین‌های استاندارد مورد استفاده در زمین هستند. NIRCam و MIRI می‌توانند کوچکترین مقدار گرما را از میلیاردها سال نوری دورتر تشخیص دهند. اگر NIRCam تلسکوپ جیمز وب را به عنوان چشم خود داشتید، می‌توانستید گرمای یک زنبور عسل را روی ماه ببینید.

اولین تصاویر میدان عمیق وب: تصویر MIRI در سمت چپ و تصویر NIRCam در سمت راست (تصویر: ناسا).

برای تشخیص گرمای ضعیف از اجرام دور، تلسکوپ وب باید بسیار سرد بماند. به همین دلیل است که یک سپر خورشیدی غول‌پیکر به اندازه یک زمین تنیس را حمل می‌کند. این سپر خورشیدی پنج لایه، گرمای خورشید، زمین و حتی ماه را مسدود می‌کند و دمای وب را در حدود منفی ۲۲۳ درجه سانتیگراد نگه می‌دارد.

MIRI باید حتی سردتر باشد، بنابراین یخچال مخصوص خود به نام کرایوکولر را دارد تا دمای آن را نزدیک به منفی ۲۶۶ درجه سانتیگراد نگه دارد. اگر وب حتی کمی گرم‌تر بود، گرمای خودش بر سیگنال‌های ضعیفی که سعی در تشخیص آنها داشت، غلبه می‌کرد.

تبدیل نور محیط به تصاویر واضح

وقتی نور به دوربین وب می‌رسد، به حسگرهایی به نام آشکارساز برخورد می‌کند. این آشکارسازها مانند دوربین تلفن همراه عکس‌های معمولی نمی‌گیرند.

در عوض، آنها نور مادون قرمز را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند که سپس به زمین ارسال می‌شوند، جایی که دانشمندان آن را پردازش کرده و به تصاویر تمام رنگی تبدیل می‌کنند.

رنگ‌هایی که در تصاویر وب می‌بینیم، همان‌هایی نیستند که دوربین مستقیماً «می‌بیند». از آنجایی که نور مادون قرمز نامرئی است، دانشمندان رنگ‌ها را به طول موج‌های مختلف اختصاص می‌دهند تا به ما در درک آنچه در تصویر است کمک کنند.

این تصاویر پردازش‌شده به آشکار کردن ساختار، سن و ترکیب کهکشان‌ها، ستاره‌ها و موارد دیگر کمک می‌کنند.

تلسکوپ جیمز وب با استفاده از یک آینه غول‌پیکر برای جمع‌آوری نور مادون قرمز نامرئی و ارسال آن به دوربین‌های فوق سرد، به ما این امکان را داده است که کهکشان‌هایی را که درست از ابتدای جهان شکل گرفته‌اند، ببینیم، به این معنی که ما شاهد اتفاقاتی هستیم که حدود ۱۴ میلیارد سال پیش رخ داده است.

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