Hemligheten som hjälper James Webb-teleskopet att utforska det tidiga universum

(Dan Tri) - En maskin som kan se ljus från galaxer som bildades för 13 miljarder år sedan. James Webb-teleskopet byggdes för att förverkliga det uppdraget.

"Tidsmaskin" utforskar det tidiga universum

Bild av nebulosan NGC 604, cirka 2,7 miljoner ljusår från jorden, tagen med James Webb-rymdteleskopet (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Sedan uppskjutningen i december 2021 har James Webb-rymdteleskopet kretsat kring jorden mer än en miljon kilometer och skickat tillbaka hisnande bilder av rymden.

Så, vad gjorde det möjligt för Webb att "se" så långt, till och med tillbaka i tiden för att utforska det tidiga universum?

Hemligheten ligger i Webbs kraftfulla kamerasystem, särskilt dess förmåga att fånga infrarött ljus – en typ av ljus som det mänskliga ögat inte kan se.

När Webb tar en bild av en avlägsen galax ser astronomerna faktiskt den galaxen som var miljarder år gammal.

Ljus från galaxen har färdats genom rymden i miljarder år för att nå teleskopets spegel. Det är som om Webb vore en "tidsmaskin" som fångar bilder av universum i dess tidigaste stadier.

Genom att använda en gigantisk spegel för att samla in detta uråldriga ljus avslöjar Webb nya hemligheter om universum.

Webb: Teleskopet som "ser" värme

Till skillnad från Hubble-teleskopet eller konventionella kameror, som bara tar bilder av synligt ljus, är Webb utformad för att registrera infrarött ljus.

Infrarött ljus har längre våglängder än synligt ljus, så det är osynligt för det mänskliga ögat. Webb kan dock fånga denna typ av ljus för att studera de tidigaste och mest avlägsna objekten i universum.

Infraröda kameror, liksom mörkerkikare, låter dig "se" infraröda vågor som avges av varma föremål som människor och djur. Bildens temperatur mäts i grader Fahrenheit (bild: NASA/JPL-Caltech).

Även om infrarött ljus är osynligt för det mänskliga ögat, kan specialiserade enheter som infraröda kameror eller värmesensorer detektera det som värme.

Nattkikare, som använder infrarött ljus för att upptäcka varma föremål i mörkret, är ett utmärkt exempel. Webb använder också liknande teknik för att studera stjärnor, galaxer och planeter.

Anledningen till att Webb använder infrarött ljus är att när synligt ljus från avlägsna galaxer färdas genom rymden, sträcks det ut på grund av universums expansion.

Denna expansion omvandlar synligt ljus till infrarött ljus. Som ett resultat lyser de mest avlägsna galaxerna i rymden inte längre i synligt ljus utan i svagt infrarött ljus. Webb är specifikt utformad för att detektera denna typ av ljus.

Jätteguldspegel: Samla det svagaste ljuset

Innan ljuset når kameran måste det fångas av Webbs gigantiska guldspegel, som är mer än 6,5 meter bred och består av 18 mindre speglar arrangerade som en bikake.

Spegelns yta är täckt med ett tunt lager guld, inte bara för att öka estetiken utan också för att guldet reflekterar infrarött ljus extremt bra.

Denna spegel samlar in ljus från rymden och reflekterar det på teleskopets instrument. Ju större spegeln är, desto mer ljus samlar den in och desto längre kan den se. Webbs spegel är den största som någonsin skickats ut i rymden av människor.

Webbs stora spegel, bestående av 18 små hexagonala speglar och belagd med guld (foto: NASA).

NIRCam och MIRI: Webbs superkänsliga "ögon"

Webbs två viktigaste vetenskapliga instrument, som fungerar som kameror, är NIRCam och MIRI.

NIRCam (Near Infrared Camera) är Webbs huvudkamera som tar fantastiska bilder av galaxer och stjärnor. Den har också en koronagraf – en apparat som blockerar stjärnljus så att den kan ta bilder av mycket svaga objekt nära starka ljuskällor, såsom planeter som kretsar kring ljusa stjärnor.

NIRCam fungerar genom att fånga nära-infrarött ljus (den närmaste typen av ljus till det som det mänskliga ögat kan se) och bryta ner det i olika våglängder. Detta gör det möjligt för forskare att inte bara bestämma formen på ett objekt, utan även dess sammansättning.

Olika material i rymden absorberar och avger infrarött ljus vid specifika våglängder, vilket skapar ett unikt "kemiskt fingeravtryck". Genom att studera dessa fingeravtryck kan forskare lära sig om egenskaperna hos avlägsna stjärnor och galaxer.

MIRI (mid-infrared instrument) detekterar längre infraröda våglängder, vilket är särskilt användbart för att upptäcka kallare och dammigare objekt, såsom stjärnor som fortfarande bildas inuti gasmoln. MIRI kan till och med hjälpa till att hitta ledtrådar om vilka typer av molekyler i planeternas atmosfärer som skulle kunna upprätthålla liv.

Båda kamerorna är mycket känsligare än vanliga kameror som används på jorden. NIRCam och MIRI kan upptäcka den minsta mängd värme från miljarder ljusår bort. Om du hade Webbs NIRCam som ögon skulle du kunna se värmen från ett bi på månen.

Webbs första djupfältsbilder: MIRI-bild till vänster och NIRCam-bild till höger (bild: NASA).

För att kunna upptäcka svag värme från avlägsna objekt måste Webb hålla sig extremt kall. Det är därför den har ett gigantiskt solskydd stort som en tennisbana. Detta femlagers solskydd blockerar värme från solen, jorden och till och med månen, vilket håller Webb vid en temperatur på cirka minus 223 grader Celsius.

MIRI behöver vara ännu kallare, så den har ett eget speciellt kylskåp, en så kallad kryokylare, för att hålla den nära minus 266 grader Celsius. Om Webb vore bara lite varmare skulle dess egen värme överväldiga de svaga signaler den försökte upptäcka.

Förvandla rymdljus till livfulla bilder

När ljuset når Webbs kamera träffar det sensorer som kallas detektorer. Dessa detektorer tar inte vanliga bilder som en telefonkamera.

Istället omvandlar de infrarött ljus till digital data, som sedan skickas tillbaka till jorden, där forskare bearbetar det och förvandlar det till bilder i fullfärg.

Färgerna vi ser i Webbs bilder är inte vad kameran "ser" direkt. Eftersom infrarött ljus är osynligt tilldelar forskare färger till olika våglängder för att hjälpa oss att förstå vad som finns i bilden.

Dessa bearbetade bilder hjälper till att avslöja strukturen, åldern och sammansättningen av galaxer, stjärnor och mer.

Genom att använda en gigantisk spegel för att samla in osynligt infrarött ljus och skicka det till ultrakalla kameror har James Webb-teleskopet låtit oss se galaxer som bildades ända från universums början, vilket innebär att vi ser vad som hände för ungefär 14 miljarder år sedan.

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