הסוד שעוזר לטלסקופ ג'יימס ווב לחקור את היקום המוקדם

(דן טרי) - מכונה המסוגלת לראות אור מגלקסיות שנוצרו לפני 13 מיליארד שנים. טלסקופ ג'יימס ווב נבנה כדי להפוך את המשימה הזו למציאות.

"מכונת זמן" חוקרת את היקום המוקדם

תמונה של ערפילית NGC 604, במרחק של כ-2.7 מיליון שנות אור מכדור הארץ, שצולמה על ידי טלסקופ החלל ג'יימס ווב (צילום: NASA/ESA/CSSA/STScl).

מאז שיגורו בדצמבר 2021, טלסקופ החלל ג'יימס ווב הקיף את כדור הארץ למרחק של יותר ממיליון מיילים, ושלח בחזרה תמונות עוצרות נשימה של החלל העמוק.

אז מה איפשר לווב "לראות" כל כך רחוק, אפילו אחורה בזמן כדי לחקור את היקום המוקדם?

הסוד טמון במערכת המצלמות העוצמתית של ווב, ובמיוחד ביכולתה ללכוד אור אינפרא אדום - סוג של אור שהעין האנושית אינה יכולה לראות.

כאשר ווב מצלם גלקסיה רחוקה, אסטרונומים רואים למעשה את הגלקסיה הזו מלפני מיליארדי שנים.

אור מהגלקסיה נע בחלל במשך מיליארדי שנים כדי להגיע למראה של הטלסקופ. זה כאילו ווב הוא "מכונת זמן" שלוכדת תמונות של היקום בשלביו המוקדמים ביותר.

באמצעות מראה ענקית לאיסוף האור העתיק הזה, ווב חושף סודות חדשים על היקום.

ווב: הטלסקופ ש"רואה" חום

בניגוד לטלסקופ האבל או למצלמות קונבנציונליות, אשר מצלמות רק אור נראה, ווב נועד להקליט אור אינפרא אדום.

לאור אינפרא אדום אורכי גל ארוכים יותר מאשר לאור נראה, ולכן הוא בלתי נראה לעין האנושית. עם זאת, ווב יכול ללכוד סוג זה של אור כדי לחקור את העצמים המוקדמים והרחוקים ביותר ביקום.

מצלמות אינפרא אדום, כמו משקפי ראיית לילה, מאפשרות לך "לראות" גלי אינפרא אדום הנפלטים מחפצים חמים כמו אנשים ובעלי חיים. טמפרטורת התמונה נמדדת במעלות פרנהייט (תמונה: NASA/JPL-Caltech).

למרות שאור אינפרא אדום אינו נראה לעין האנושית, מכשירים מיוחדים כמו מצלמות אינפרא אדום או חיישנים תרמיים יכולים לזהות אותו כחום.

משקפי ראיית לילה, המשתמשים באור אינפרא אדום כדי לזהות עצמים חמים בחושך, הם דוגמה מצוינת. ווב מיישם גם טכנולוגיה דומה לחקר כוכבים, גלקסיות וכוכבי לכת.

הסיבה שווב משתמש באור אינפרא אדום היא משום שכאשר אור נראה מגלקסיות רחוקות נע בחלל, הוא נמתח עקב התפשטות היקום.

התפשטות זו ממירה אור נראה לאור אינפרא אדום. כתוצאה מכך, הגלקסיות הרחוקות ביותר בחלל אינן זוהרות עוד באור נראה אלא באור אינפרא אדום חלש. ווב תוכנן במיוחד כדי לזהות סוג זה של אור.

מראה זהב ענקית: איסוף האור הקלוש ביותר

לפני שהאור מגיע למצלמה, הוא חייב להילכד על ידי מראת הזהב הענקית של ווב, שרוחבה יותר מ-6.5 מטרים ומורכבת מ-18 מראות קטנות יותר המסודרות כחלת דבש.

משטח המראה מכוסה בשכבה דקה של זהב, לא רק כדי לשפר את האסתטיקה אלא גם משום שזהב מחזיר אור אינפרא אדום בצורה טובה ביותר.

מראה זו אוספת אור מהחלל העמוק ומחזירה אותו אל מכשירי הטלסקופ. ככל שהמראה גדולה יותר, כך היא אוספת יותר אור וכך היא יכולה לראות רחוק יותר. המראה של ווב היא הגדולה ביותר שנשלחה אי פעם לחלל על ידי בני אדם.

המראה הגדולה של ווב, המורכבת מ-18 מראות משושה קטנות ומצופות זהב (צילום: נאס"א).

NIRCam ו-MIRI: "העיניים" הרגישות במיוחד של ווב

שני המכשירים המדעיים החשובים ביותר של ווב, הפועלים כמצלמות, הם NIRCam ו-MIRI.

NIRCam (מצלמת אינפרא אדום קרובה) היא המצלמה העיקרית של Webb, אשר מצלמת תמונות מדהימות של גלקסיות וכוכבים. יש לה גם קורונגרף - מכשיר החוסם אור כוכבים כך שהוא יכול לצלם תמונות של עצמים חלשים מאוד ליד מקורות אור בהירים, כמו כוכבי לכת המקיפים כוכבים בהירים.

NIRCam פועל על ידי לכידת אור אינפרא אדום קרוב (סוג האור הקרוב ביותר למה שהעין האנושית יכולה לראות) ופירוק שלו לאורכי גל שונים. זה מאפשר למדענים לקבוע לא רק את צורתו של עצם, אלא גם את הרכבו.

חומרים שונים בחלל סופגים ופולטים אור אינפרא אדום באורכי גל ספציפיים, ויוצרים "טביעת אצבע כימית" ייחודית. על ידי לימוד טביעות אצבע אלו, מדענים יכולים ללמוד על תכונותיהם של כוכבים וגלקסיות רחוקות.

MIRI (מכשיר אינפרא אדום אמצעי) מזהה אורכי גל ארוכים יותר באינפרא אדום, שימושיים במיוחד לגילוי עצמים קרים ואבקיים יותר, כמו כוכבים שעדיין נוצרים בתוך ענני גז. MIRI יכול אפילו לעזור למצוא רמזים לגבי סוגי המולקולות באטמוספירות של כוכבי לכת שיכולות לתמוך בחיים.

שתי המצלמות רגישות הרבה יותר ממצלמות סטנדרטיות המשמשות בכדור הארץ. NIRCam ו-MIRI יכולות לזהות את כמות החום הזעירה ביותר ממרחק של מיליארדי שנות אור. אם הייתה לכם את NIRCam של Webb כעיניכם, הייתם יכולים לראות את החום של דבורה על הירח.

תמונות שדה עמוק ראשונות של ווב: תמונת MIRI משמאל ותמונת NIRCam מימין (תמונה: נאס"א).

כדי לזהות חום חלש מעצמים רחוקים, ווב צריך להישאר קר במיוחד. זו הסיבה שהוא נושא מגן שמש ענק בגודל של מגרש טניס. מגן שמש בן חמש שכבות זה חוסם חום מהשמש, מכדור הארץ ואפילו מהירח, ושומר על ווב בטמפרטורה של כ-223 מעלות צלזיוס.

MIRI צריך להיות קר עוד יותר, ולכן יש לו מקרר מיוחד משלו, הנקרא קריו-קולר, כדי לשמור עליו קרוב למינוס 266 מעלות צלזיוס. אם ווב היה אפילו קצת יותר חם, החום שלו היה מכניע את האותות החלשים שהוא ניסה לזהות.

הפכו את אור הסביבה לתמונות חיות

כאשר האור מגיע למצלמה של ווב, הוא פוגע בחיישנים הנקראים גלאים. גלאים אלה אינם מצלמים תמונות רגילות כמו מצלמת טלפון.

במקום זאת, הם ממירים אור אינפרא אדום לנתונים דיגיטליים, אשר נשלחים לאחר מכן חזרה לכדור הארץ, שם מדענים מעבדים אותם והופכים אותם לתמונות בצבע מלא.

הצבעים שאנו רואים בתמונות של ווב אינם מה שהמצלמה "רואה" ישירות. מכיוון שאור אינפרא אדום בלתי נראה, מדענים משייכים צבעים לאורכי גל שונים כדי לעזור לנו להבין מה נמצא בתמונה.

תמונות מעובדות אלו עוזרות לחשוף את המבנה, הגיל וההרכב של גלקסיות, כוכבים ועוד.

באמצעות מראה ענקית לאיסוף אור אינפרא אדום בלתי נראה ושליחתו למצלמות קרות במיוחד, טלסקופ ג'יימס ווב אפשר לנו לראות גלקסיות שנוצרות ממש מתחילת היקום, כלומר אנו רואים את מה שקרה לפני כ-14 מיליארד שנה.

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