Rahsia yang membantu teleskop James Webb meneroka alam semesta awal

(Dan Tri) - Sebuah mesin yang mampu melihat cahaya dari galaksi yang terbentuk 13 bilion tahun dahulu. Teleskop James Webb dibina untuk menjadikan misi itu satu realiti.

"Mesin masa" meneroka alam semesta awal

Imej nebula NGC 604, kira-kira 2.7 juta tahun cahaya dari Bumi, diambil oleh Teleskop Angkasa James Webb (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Sejak dilancarkan pada Disember 2021, Teleskop Angkasa James Webb telah mengorbit Bumi lebih daripada satu juta batu, menghantar kembali imej angkasa lepas yang menakjubkan.

Jadi, apakah yang membolehkan Webb "melihat" setakat ini, walaupun pada masa lalu untuk meneroka alam semesta awal?

Rahsianya terletak pada sistem kamera Webb yang berkuasa, terutamanya keupayaannya menangkap cahaya inframerah – sejenis cahaya yang tidak dapat dilihat oleh mata manusia.

Apabila Webb mengambil gambar galaksi yang jauh, ahli astronomi sebenarnya melihat galaksi itu berbilion tahun yang lalu.

Cahaya dari galaksi telah mengembara melalui angkasa selama berbilion tahun untuk mencapai cermin teleskop. Ia seperti Webb adalah "mesin masa" yang menangkap imej alam semesta pada peringkat awalnya.

Dengan menggunakan cermin gergasi untuk mengumpul cahaya purba ini, Webb membongkar rahsia baharu tentang alam semesta.

Webb: Teleskop yang "melihat" haba

Tidak seperti teleskop Hubble atau kamera konvensional, yang hanya mengambil gambar cahaya yang boleh dilihat, Webb direka untuk merakam cahaya inframerah.

Cahaya inframerah mempunyai panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya yang boleh dilihat, jadi ia tidak dapat dilihat oleh mata manusia. Walau bagaimanapun, Webb boleh menangkap jenis cahaya ini untuk mengkaji objek terawal dan paling jauh di alam semesta.

Kamera inframerah, seperti cermin mata penglihatan malam, membolehkan anda 'melihat' gelombang inframerah yang dipancarkan oleh objek panas seperti manusia dan haiwan. Suhu imej diukur dalam darjah Fahrenheit (imej: NASA/JPL-Caltech).

Walaupun cahaya inframerah tidak dapat dilihat oleh mata manusia, peranti khusus seperti kamera inframerah atau penderia haba boleh mengesannya sebagai haba.

Gogal penglihatan malam, yang menggunakan cahaya inframerah untuk mengesan objek hangat dalam gelap, adalah contoh utama. Webb juga menggunakan teknologi serupa untuk mengkaji bintang, galaksi dan planet.

Sebab Webb menggunakan cahaya inframerah adalah kerana apabila cahaya yang boleh dilihat dari galaksi jauh bergerak melalui angkasa, ia terbentang disebabkan oleh pengembangan alam semesta.

Pengembangan ini menukarkan cahaya yang boleh dilihat kepada cahaya inframerah. Akibatnya, galaksi paling jauh di angkasa tidak lagi bercahaya dalam cahaya yang boleh dilihat tetapi dalam cahaya inframerah samar. Webb direka khusus untuk mengesan jenis cahaya ini.

Cermin Emas Gergasi: Mengumpul Cahaya Samar

Sebelum cahaya mencapai kamera, ia mesti ditangkap oleh cermin emas gergasi Webb, yang lebih daripada 6.5 meter lebar dan terdiri daripada 18 cermin lebih kecil yang disusun seperti sarang lebah.

Permukaan cermin ditutup dengan lapisan nipis emas, bukan sahaja untuk meningkatkan estetika tetapi juga kerana emas memantulkan cahaya inframerah dengan sangat baik.

Cermin ini mengumpul cahaya dari angkasa lepas dan memantulkannya ke instrumen teleskop. Semakin besar cermin, semakin banyak cahaya yang terkumpul dan semakin jauh ia dapat melihat. Cermin Webb adalah yang terbesar pernah dihantar ke angkasa oleh manusia.

Cermin besar Webb, terdiri daripada 18 cermin heksagon kecil dan disalut dengan emas (foto: NASA).

NIRCam dan MIRI: "mata" Webb yang sangat sensitif

Dua instrumen saintifik terpenting Webb, yang bertindak sebagai kamera, ialah NIRCam dan MIRI.

NIRCam (Kamera Inframerah Berdekatan) ialah kamera utama Webb, yang mengambil imej galaksi dan bintang yang menakjubkan. Ia juga mempunyai koronagraf - peranti yang menghalang cahaya bintang supaya ia boleh mengambil imej objek yang sangat samar berhampiran sumber cahaya terang, seperti planet yang mengorbit bintang terang.

NIRCam berfungsi dengan menangkap cahaya inframerah dekat (jenis cahaya yang paling hampir dengan apa yang boleh dilihat oleh mata manusia) dan memecahkannya kepada panjang gelombang yang berbeza. Ini membolehkan saintis bukan sahaja menentukan bentuk objek, tetapi juga komposisinya.

Bahan yang berbeza dalam ruang menyerap dan memancarkan cahaya inframerah pada panjang gelombang tertentu, mencipta "cap jari kimia" yang unik. Dengan mengkaji cap jari ini, saintis boleh mempelajari tentang sifat-sifat bintang dan galaksi yang jauh.

MIRI (alat inframerah pertengahan) mengesan panjang gelombang inframerah yang lebih panjang, yang amat berguna untuk mengesan objek yang lebih sejuk dan berdebu, seperti bintang yang masih terbentuk di dalam awan gas. MIRI juga boleh membantu mencari petunjuk tentang jenis molekul dalam atmosfera planet yang boleh menyokong kehidupan.

Kedua-dua kamera jauh lebih sensitif daripada kamera standard yang digunakan di Bumi. NIRCam dan MIRI boleh mengesan jumlah haba terkecil dari jarak berbilion tahun cahaya. Jika anda mempunyai NIRCam Webb sebagai mata anda, anda boleh melihat haba dari lebah di Bulan.

Imej medan dalam pertama Webb: imej MIRI di sebelah kiri dan imej NIRCam di sebelah kanan (imej: NASA).

Untuk mengesan haba samar dari objek jauh, Webb perlu kekal sangat sejuk. Itulah sebabnya ia membawa pelindung matahari gergasi sebesar gelanggang tenis. Pelindung matahari lima lapisan ini menyekat haba dari matahari, Bumi, dan juga bulan, mengekalkan suhu Webb sekitar tolak 223 darjah Celsius.

MIRI perlu lebih sejuk lagi, jadi ia mempunyai peti sejuk khasnya sendiri, dipanggil cryocooler, untuk memastikannya hampir minus 266 darjah Celsius. Sekiranya Webb lebih panas sedikit, habanya sendiri akan mengatasi isyarat samar yang cuba dikesannya.

Tukar cahaya ruang kepada imej yang terang

Apabila cahaya sampai ke kamera Webb, ia mengenai sensor yang dipanggil pengesan. Pengesan ini tidak mengambil gambar biasa seperti kamera telefon.

Sebaliknya, mereka menukar cahaya inframerah kepada data digital, yang kemudiannya dihantar semula ke Bumi, di mana saintis memprosesnya dan mengubahnya menjadi imej berwarna penuh.

Warna yang kita lihat dalam imej Webb bukanlah apa yang "dilihat" secara langsung oleh kamera. Memandangkan cahaya inframerah tidak kelihatan, saintis menetapkan warna kepada panjang gelombang yang berbeza untuk membantu kami memahami kandungan dalam imej.

Imej yang diproses ini membantu mendedahkan struktur, umur dan komposisi galaksi, bintang dan banyak lagi.

Dengan menggunakan cermin gergasi untuk mengumpul cahaya inframerah yang tidak kelihatan dan menghantarnya ke kamera ultra-sejuk, teleskop James Webb telah membolehkan kita melihat galaksi yang terbentuk sejak awal alam semesta, bermakna kita melihat apa yang berlaku kira-kira 14 bilion tahun yang lalu.

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