Πώς το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα δημιουργήσει εικόνες από το αρχαίο σύμπαν

Τον Δεκέμβριο του 1995, το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble πέρασε 10 συνεχόμενες ημέρες κοιτάζοντας μια μικρή περιοχή του ουρανού.

Με περισσότερες από 100 ώρες έκθεσης και 342 ξεχωριστές εκθέσεις, το τηλεσκόπιο κατέγραψε μία από τις πιο εμβληματικές και σημαντικές εικόνες του: μια εικόνα από το βαθύ διάστημα που αποκάλυψε σχεδόν 3.000 αρχαίους γαλαξίες που εκτείνονται στην αρχή του σύμπαντος.

Το Hubble Deep Field North ήταν ένα σημαντικό κατόρθωμα στη φωτογραφία στο βαθύ διάστημα. Και από τότε, τα πράγματα έχουν γίνει μόνο καλύτερα.

Με την πρόσφατη κυκλοφορία του Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webbe (JWST), οι αστρονόμοι θα μπορούν να σαρώνουν κρυφές περιοχές του διαστήματος. Το JWST έχει σχεδιαστεί για να ανιχνεύει φως έξω από το ορατό εύρος, παράγοντας εικόνες από τα πιο αμυδρά και μακρινά αντικείμενα. Αλλά αυτό παρουσιάζει τις δικές του προκλήσεις: Πώς αντιπροσωπεύετε αυτό που το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να δει; Πώς να μετατρέψετε πολλά στιγμιότυπα σε μια συνεκτική φωτογραφία;

Καθώς αναμένουμε την κυκλοφορία των πρώτων εικόνων του JWST αυτό το καλοκαίρι, ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ μιλάω με Τζόναθαν Μακντάουελ, αστροφυσικός στο Κέντρο Αστροφυσικής και στο Κέντρο ακτίνων Χ Chandra που έχει εργαστεί εκτενώς στο Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra αποστολή.

Το Chandra, που κυκλοφόρησε το 1999, παρακολουθεί το σύμπαν με ακτίνες Χ, κάτι που απέχει πολύ από αυτό που μπορούν να δουν τα μάτια μας, αλλά εδώ είναι όπου πράγματα όπως οι μαύρες τρύπες και άλλα υπερενεργητικά αντικείμενα λάμπουν περισσότερο. Όπως ο Chandra, ο JWST θα κοιτάξει τον κόσμο σε μήκη κύματος έξω από αυτό που μπορεί να παρατηρήσει το ανθρώπινο μάτι. Στην περίπτωση του JWST, είναι υπέρυθρη, η οποία δείχνει καυτά αντικείμενα. Αν και τα δύο μήκη κύματος απέχουν πολύ, παρουσιάζουν παρόμοιες προκλήσεις στη λήψη αυτών των δεδομένων και στη δημιουργία μιας επιστημονικά χρήσιμης εικόνας – και μιας εικόνας που μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία για να παρουσιαστεί στο κοινό.

READ  Εντυπωσιακά απολιθώματα αφηγούνται την ιστορία της προέλευσης της Αυστραλίας

Ο McDowell μας βοήθησε να εξηγήσουμε πώς συλλαμβάνεται, αναπτύσσεται και επεξεργάζεται μια χωρική εικόνα για να παράγει το εκπληκτικό αποτέλεσμα που βλέπουμε.

Το Hubble Deep Field North ήταν η πρώτη από τις πολλές εικόνες βαθέων ουρανών που έδειχναν αμέτρητους γαλαξίες. Nasa

Βήμα 1: Στρέψτε το τηλεσκόπιο

Το πρώτο ουράνιο αντικείμενο που φωτογραφήθηκε ήταν η Σελήνη.

Το 1840, ο Βρετανός φυσικός Τζον Γουίλιαμ Ντρέιπερ κατέγραψε την επιφάνεια της Σελήνης από το αστεροσκοπείο του στην ταράτσα του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης. Η Σελήνη απέχει μόλις 238.855 μίλια από τη Γη. Αλλά σήμερα, τα διαστημικά τηλεσκόπια είναι σε θέση να συλλάβουν εικόνες αντικειμένων που βρίσκονται εκατομμύρια έτη φωτός μακριά.

«Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να στρέψετε το τηλεσκόπιο προς τη σωστή κατεύθυνση», λέει ο McDowell. ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΗ.

Αυτό από μόνο του μπορεί να είναι δύσκολο καθώς τα διαστημικά τηλεσκόπια ακολουθούν μια συγκεκριμένη τροχιά, ταξιδεύοντας με μεγάλη ταχύτητα. Για να προσδιορίσουν ποια κατεύθυνση να δείξουν, οι αστρονόμοι πρέπει πρώτα να καθορίσουν πού βρίσκονται τώρα.

Υπάρχουν μικρά βοηθητικά τηλεσκόπια που φωτογραφίζουν αστέρια και χρησιμοποιώντας αυτές τις πληροφορίες σχετικά με το πού βρίσκονται τα γνωστά αστέρια, μπορούν στη συνέχεια να βρουν ποια κατεύθυνση στον ουρανό δείχνουν αυτήν τη στιγμή.

Στη συνέχεια, χρησιμοποιώντας τις συντεταγμένες του αντικειμένου στόχου, οι αστρονόμοι δείχνουν το τηλεσκόπιο προς την κατεύθυνσή του.

Βήμα 2: Βαθμονόμηση

Πριν το τηλεσκόπιο τραβήξει την εικόνα, αφιερώνεται πολύς χρόνος στη βαθμονόμηση. Ο McDowell, ο οποίος εργάστηκε στο Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra που απεικονίζει μερικά από τα πιο ενεργητικά φαινόμενα στο σύμπαν, λέει ότι κατά τη βαθμονόμηση μιας κάμερας, υπάρχουν σημαντικές γραμμές βάσης.

«Μερικές φορές ξοδεύουμε τον μισό χρόνο μας φωτογραφίζοντας πράγματα που ήδη γνωρίζουμε», λέει ο McDowell. «Θα τραβήξουμε φωτογραφίες για να ελέγξουμε την ευαισθησία της κάμερας, θα βεβαιωθούμε ότι η γεωμετρία της κάμερας είναι σωστή ή θα τραβήξουμε μια φωτογραφία του αστρικού σμήνος όπου θα γνωρίζετε πόσο μακριά είναι τα αστέρια και ποιος σας λέει την κλίμακα της εικόνας σας. “

READ  Εάν το ρόβερ Perseverance Mars της NASA χρησιμοποιούσε τις Φωτογραφίες Google, θα έμοιαζε με αυτό

Τα διαφορετικά μήκη κύματος επιτρέπουν στους επιστήμονες να δουν διαφορετικά μέρη του σύμπαντος, αποκαλύπτοντας τις περίπλοκες λεπτομέρειες του θερμού αερίου από μια έκρηξη σουπερνόβα.

Εάν τα τηλεσκόπια έβλεπαν το σύμπαν μόνο στο ορατό φως, αυτό το φως έχει μικρά μήκη κύματος, πράγμα που σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να αναπηδήσει από τα γύρω σωματίδια και να διασκορπιστεί. Όμως, όταν παρατηρούμε το σύμπαν στο υπέρυθρο φως, τα μεγαλύτερα μήκη κύματος διασχίζουν το αέριο και τη σκόνη πιο αποτελεσματικά και επιτρέπουν στους αστρονόμους να κοιτάξουν περαιτέρω στον κόσμο.

Βήμα 3: Snap!

Μόλις το τηλεσκόπιο είναι σωστά στραμμένο προς τη σωστή κατεύθυνση, το φως πέφτει μέσα από το τηλεσκόπιο και πάνω στην κάμερα. Η τεχνολογία κάμερας του τηλεσκοπίου είναι παρόμοια με αυτή που συναντάμε στα τηλέφωνα ή τις ψηφιακές μας φωτογραφικές μηχανές, σύμφωνα με τον McDowell.

«Το φως πέφτει στην κάμερα και αν το φως είναι πιο κόκκινο, τότε έχει περισσότερη ενέργεια», λέει ο McDowell. «Και παίρνετε ξεχωριστές κόκκινες, πράσινες και μπλε εικόνες και μετά τις ενώνετε για να δημιουργήσετε μια έγχρωμη εικόνα. “

Ένα παράδειγμα εικόνας κατασκευασμένης από 7 φίλτρα ευρείας ζώνης που κυμαίνονται από το υπεριώδες (αριστερά) έως το υπέρυθρο (δεξιά)ΑΥΤΟ

Αντί να χρησιμοποιεί μια παραδοσιακή κάμερα για αυτό, το Hubble καταγράφει τα εισερχόμενα φωτόνια φωτός μέσω α συζευγμένη συσκευή φόρτισης (CCD).

Το CCD δεν μετρά το χρώμα του εισερχόμενου φωτός, αλλά το τηλεσκόπιο έχει φίλτρα που μπορούν να εφαρμοστούν για να αφήσουν μόνο ένα συγκεκριμένο εύρος μήκους κύματος ή χρώματος φωτός. Στη συνέχεια, το Hubble θα τραβήξει εικόνες του ίδιου αντικειμένου μέσω διαφορετικών φίλτρων, τα οποία θα συνδυαστούν για να δημιουργήσουν μια πλήρη εικόνα.

READ  Κρόνος σε αντίθεση 2021: δείτε τον Κρόνο να λάμπει με τη μεγαλύτερη λαμπρότητα φέτος

Βήμα 4: Επεξεργασία

Για να προετοιμάσουν μια χωρική εικόνα για το ευρύ κοινό, οι αστρονόμοι πρέπει να κάνουν μια μικρή επεξεργασία. Τα περισσότερα αντικείμενα στο διάστημα εκπέμπουν χρώματα που είναι πολύ χλωμά για να τα δει το ανθρώπινο μάτι. Μερικές φορές οι επιστήμονες αναγκάζονται να αποδίδουν χρώματα σε φίλτρα που δεν είναι ορατά από το ανθρώπινο μάτι.

Για την εικόνα του Hubble του Νεφέλωμα με τα μάτια της γάτας, οι επιστήμονες απέδωσαν το κόκκινο, το μπλε και το πράσινο στην ακτινοβολία ατόμων υδρογόνου, ατόμων οξυγόνου και ιόντων αζώτου, κανένα από τα οποία δεν εμφανίζεται σε ορατά φάσματα. Στα μάτια μας, η διαφορά μεταξύ των τριών τύπων ακτινοβολίας ήταν τρία στενά μήκη κύματος κόκκινου που δεν θα μπορούσαν να διακριθούν από το ανθρώπινο μάτι.

Αυτή η εικόνα από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble δείχνει ένα από τα πιο πολύπλοκα πλανητικά νεφελώματα που έχουν δει ποτέ, το νεφέλωμα του ματιού της γάτας, το οποίο υπολογίζεται ότι είναι 1.000 ετών.JP Harrington και KJ Borkowski (Πανεπιστήμιο του Maryland) και NASA / ESA

Βήμα 5: Δώστε του κάποιο πλαίσιο

Μια χωρική εικόνα χωρίς δεδομένα είναι απλώς μια εικόνα. Αλλά οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτές τις εικόνες για να συλλέξουν δεδομένα για κοσμικά αντικείμενα.

“Λοιπόν, τώρα έχετε ένα πλαίσιο που είναι απλώς μια εικόνα, αλλά όχι πλαίσιο”, λέει ο McDowell. “Πρέπει να εφαρμόσετε πού ήταν το μυτερό διαστημόπλοιο, ποια είναι η κλίμακα του διαστημικού σκάφους, ποιες διορθώσεις πρέπει να κάνετε στην ευαισθησία των δεδομένων με βάση ίσως σήμερα η κάμερα είναι κατά ένα βαθμό πιο δροσερή από χθες.”

Αυτό γίνεται για να παρέχει το πλαίσιο στην εικόνα που βλέπετε.

«Όλες αυτές οι πληροφορίες σχετικά με τα συμφραζόμενα πρέπει να εφαρμοστούν για να σας δώσουν μια επιστημονικά χρήσιμη εικόνα αντί για οποιαδήποτε εικόνα», λέει ο McDowell.

«Δεν είναι απλώς μια όμορφη εικόνα», προσθέτει. «Είναι μια όμορφη εικόνα από την οποία μπορείς να μετρήσεις αριθμούς. “

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *