كيف يمكن أن يرى تلسكوب جيمس ويب للفضاء حتى الآن؟

فضولي الأطفال هي سلسلة للأطفال من جميع الأعمار. إذا كان لديك سؤال تريد أن يجيب عليه خبير ، فأرسله إلى [email protected].

كيف تعمل الكاميرا على تلسكوب جيمس ويب للفضاء وترى حتى الآن؟ – كيران ج. ، سن 12 ، مينيسوتا

تخيل كاميرا قوية جدًا بحيث يمكن أن ترى الضوء من المجرات التي تشكلت منذ أكثر من 13 مليار سنة. هذا هو بالضبط ما تم تصميمه تلسكوب جيمس ويب للفضاء من ناسا.

منذ إطلاقه في ديسمبر 2021 ، كان Webb يدور حول أكثر من مليون ميل من الأرض ، حيث التقط صورًا لالتقاط الأنفاس من السقيس. ولكن كيف تعمل بالفعل؟ وكيف يمكن أن ترى حتى الآن؟ يكمن السر في كاميراته القوية – خاصة تلك التي لا ترى الضوء بالطريقة التي تعمل بها عيوننا.

أنا عالم الفيزياء الفلكي الذي يدرس المجرات والثقوب السوداء الفائقة ، ويلسكوب ويب هو أداة لا تصدق لمراقبة بعض المجرات المبكرة والثقوب السوداء في الكون.

عندما يلتقط Webb صورة لمجرة بعيدة ، فإن علماء الفلك مثلي يرون في الواقع ما تبدو عليه هذه المجرة منذ مليارات السنين. كان الضوء من تلك المجرة يسافر عبر الفضاء مقابل مليارات السنين للوصول إلى مرآة التلسكوب. إنه مثل وجود آلة زمنية تأخذ لقطات من الكون المبكر.

باستخدام مرآة عملاقة لجمع الضوء القديم ، كان Webb يكتشف أسرارًا جديدة حول الكون.

تلسكوب يرى الحرارة

على عكس الكاميرات العادية أو حتى التلسكوب الفضائي Hubble ، الذي يلتقط صورًا للضوء المرئي ، تم تصميم Webb لرؤية نوع من الضوء غير مرئي لعينيك: ضوء الأشعة تحت الحمراء. يمتلك الضوء بالأشعة تحت الحمراء أطوال موجية أطول من الضوء المرئي ، وهذا هو السبب في أن أعيننا لا يمكن أن تكتشفها. ولكن مع الأدوات الصحيحة ، يمكن لـ Webb التقاط ضوء الأشعة تحت الحمراء لدراسة بعض الكائنات الأقدم والأكثر البعيدة في الكون.

على الرغم من أن العين البشرية لا يمكنها رؤيتها ، يمكن للناس اكتشاف ضوء الأشعة تحت الحمراء كشكل من أشكال الحرارة باستخدام تقنية متخصصة ، مثل كاميرات الأشعة تحت الحمراء أو أجهزة الاستشعار الحرارية. على سبيل المثال ، تستخدم نظارات الرؤية الليلية ضوء الأشعة تحت الحمراء للكشف عن الأشياء الدافئة في الظلام. يستخدم Webb نفس الفكرة لدراسة النجوم والمجرات والكواكب.

لماذا الأشعة تحت الحمراء؟ عندما يسافر الضوء المرئي من المجرات البعيدة عبر الكون ، يمتد. هذا لأن الكون يتوسع. هذا التمدد يتحول الضوء المرئي إلى ضوء الأشعة تحت الحمراء. لذلك ، لم تعد المجرات البعيدة في الفضاء تشرق في الضوء المرئي بعد الآن – إنها تتوهج بالأشعة تحت الحمراء الخافتة. هذا هو Webb Light تم تصميمه للكشف.

مرآة ذهبية لجمع التوهج الأكثر إغماء

قبل أن يصل الضوء إلى الكاميرات ، يجب أولاً جمعها بواسطة المرآة الذهبية الهائلة من تلسكوب ويب. يزيد عرض هذه المرآة إلى أكثر من 21 قدمًا (6.5 مترًا) ومصنوعة من 18 قطعة مرآة أصغر تتناسب معًا مثل قرص العسل. إنه مغلف في طبقة رقيقة من الذهب الحقيقي – ليس فقط لتبدو خيالية ، ولكن لأن الذهب يعكس ضوء الأشعة تحت الحمراء بشكل جيد للغاية.

تجمع المرآة الضوء من الفضاء العميق وتعكسه في أدوات التلسكوب. كلما كانت المرآة أكبر ، كلما زاد الضوء الذي يمكن أن يجمعه – وكلما كان من الممكن أن ترى. مرآة Webb هي الأكبر الذي تم إطلاقه على الإطلاق في الفضاء.

داخل الكاميرات: Nircam و Miri

أهم “عيون” التلسكوب هما أداة علمية تتصرف مثل الكاميرات: Nircam و Miri.

NIRCAM يقف على الكاميرا القريبة من الأشعة تحت الحمراء. إنها الكاميرا الأساسية على Webb وتلتقط صورًا مذهلة من المجرات والنجوم. يحتوي أيضًا على coronagraph – جهاز يحظر ضوء النجوم حتى يتمكن من تصوير كائنات باهتة للغاية بالقرب من مصادر مشرقة ، مثل الكواكب التي تدور حول النجوم المشرقة.

يعمل Nircam عن طريق تصوير الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء ، وهو النوع الأقرب إلى ما يمكن أن تراه عيون الإنسان تقريبًا ، وتقسيمه إلى أطوال موجية مختلفة. هذا يساعد العلماء على تعلم ليس فقط شكل شيء ما ، بل ما هو مصنوع منه. مواد مختلفة في الفضاء تمتص وتنبعث من الضوء بالأشعة تحت الحمراء في أطوال موجية محددة ، مما يخلق نوعًا من بصمات الأصابع الكيميائية الفريدة. من خلال دراسة هذه بصمات الأصابع ، يمكن للعلماء الكشف عن خصائص النجوم والمجرات البعيدة.

يكتشف Miri ، أو أداة منتصف الأشعة تحت الحمراء ، أطوال موجية الأشعة تحت الحمراء الطويلة ، والتي تعد مفيدة بشكل خاص لاكتشاف الأشياء الأكثر برودة وأكثر غرابة ، مثل النجوم التي لا تزال تتشكل داخل السحب من الغاز. يمكن أن تساعد ميري في العثور على أدلة حول أنواع الجزيئات في أجواء الكواكب التي قد تدعم الحياة.

كلتا الكاميرتين أكثر حساسية بكثير من الكاميرات القياسية المستخدمة على الأرض. يمكن لـ Nircam و Miri اكتشاف أصغر كميات من الحرارة من مليارات من السنوات الضوئية. إذا كان لديك Nircam من Webb كعينيك ، فيمكنك رؤية الحرارة من Bumblebee على القمر. هذا هو ما هو حساس.

نظرًا لأن Webb تحاول اكتشاف الحرارة الخافتة من الأشياء البعيدة ، فإنها تحتاج إلى الحفاظ على البرد قدر الإمكان. لهذا السبب يحمل درع الشمس العملاقة عن حجم ملعب التنس. يحجب هذا الدرع من خمس طبقات الحرارة من الشمس والأرض وحتى القمر ، مما يساعد Webb على البقاء باردًا بشكل لا يصدق: حوالي -370 درجة فهرنهايت (-223 درجة مئوية).

ميري بحاجة إلى أن تكون أكثر برودة. لديها ثلاجة خاصة خاصة بها ، تسمى cryocooler ، للحفاظ عليها باردة إلى ما يقرب من 447 درجة فهرنهايت (-266 درجة مئوية). إذا كانت Webb دافئة بعض الشيء ، فإن حرارته ستغرق الإشارات البعيدة التي تحاول اكتشافها.

تحويل مساحة الفضاء إلى صور

بمجرد أن يصل الضوء إلى كاميرات Webb Telescope ، فإنه يضرب أجهزة استشعار تسمى الكاشفات. لا تلتقط هذه الكشفات صورًا منتظمة مثل كاميرا الهاتف. بدلاً من ذلك ، يقومون بتحويل ضوء الأشعة تحت الحمراء الواردة إلى بيانات رقمية. ثم يتم إرسال هذه البيانات إلى الأرض ، حيث يعالجها العلماء في صور كاملة الألوان.

الألوان التي نراها في صور Webb ليست ما تراه الكاميرا مباشرة. نظرًا لأن ضوء الأشعة تحت الحمراء غير مرئي ، فإن العلماء يعينون ألوانًا لأطوال موجية مختلفة لمساعدتنا على فهم ما في الصورة. تساعد هذه الصور المصنعة في إظهار هيكل المجرات والعمر وتكوين النجوم والمزيد.

باستخدام مرآة عملاقة لجمع ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئية وإرساله إلى كاميرات فائقة البرودة ، يتيح لنا Webb رؤية المجرات التي تشكلت بعد بدء الكون.

مرحبا يا أطفال فضوليين! هل لديك سؤال تريد أن يجيب عليه خبير؟ اطلب من شخص بالغ إرسال سؤالك إلى [email protected]. من فضلك قل لنا اسمك وعمرك والمدينة التي تعيش فيها.

وبما أن الفضول ليس له الحد الأقصى للسن – البالغين ، فأخبرنا بما تتساءل أيضًا. لن نتمكن من الإجابة على كل سؤال ، لكننا سنبذل قصارى جهدنا.

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: عدي فورد ، جامعة ماريلاند ، مقاطعة بالتيمور

اقرأ المزيد:

لا يعمل Adi Foord مع الأسهم أو استشارةها أو تلقيها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.