Tajemství, které pomáhá dalekohledu Jamese Webba prozkoumat raný vesmír

(Dan Tri) - Stroj schopný zahlédnout světlo z galaxií vzniklých před 13 miliardami let. Dalekohled Jamese Webba byl postaven, aby tuto misi uskutečnil.

„Stroj času“ zkoumá raný vesmír

Snímek mlhoviny NGC 604, vzdálené od Země asi 2,7 milionu světelných let, pořízený vesmírným dalekohledem Jamese Webba (Foto: NASA/ESA/CSSA/STScl).

Od vypuštění do vesmíru v prosinci 2021 obletěl vesmírný dalekohled Jamese Webba Zemi více než milion mil a odeslal zpět dechberoucí snímky hlubokého vesmíru.

Co tedy Webbovi umožnilo „vidět“ tak daleko, dokonce i zpět v čase, aby prozkoumal raný vesmír?

Tajemství spočívá ve výkonném kamerovém systému společnosti Webb, zejména ve schopnosti zachytit infračervené světlo – typ světla, který lidské oko nevidí.

Když Webb pořídí snímek vzdálené galaxie, astronomové ve skutečnosti vidí tuto galaxii před miliardami let.

Světlo z galaxie putovalo vesmírem miliardy let, než dosáhlo zrcadla dalekohledu. Je to, jako by Webb byl „stroj času“, který zachycuje obrazy vesmíru v jeho nejranějších stádiích.

Pomocí obřího zrcadla k zachycení tohoto starověkého světla Webb odhaluje nová tajemství vesmíru.

Webb: Dalekohled, který „vidí“ teplo

Na rozdíl od Hubbleova dalekohledu nebo konvenčních kamer, které zachycují pouze viditelné světlo, je Webb navržen tak, aby zachycoval infračervené světlo.

Infračervené světlo má delší vlnové délky než viditelné světlo, takže je pro lidské oko neviditelné. Webb však dokáže tento typ světla zachytit a studovat tak nejstarší a nejvzdálenější objekty ve vesmíru.

Infračervené kamery, podobně jako brýle pro noční vidění, umožňují „vidět“ infračervené vlny vyzařované teplými objekty, jako jsou lidé a zvířata. Teplota obrazu se měří ve stupních Fahrenheita (obrázek: NASA/JPL-Caltech).

Ačkoli lidské oko infračervené světlo nevidí, specializovaná zařízení, jako jsou infračervené kamery nebo tepelné senzory, ho dokáží detekovat jako teplo.

Brýle pro noční vidění, které využívají infračervené světlo k detekci teplých objektů ve tmě, jsou toho ukázkovým příkladem. Webb také používá podobnou technologii ke studiu hvězd, galaxií a planet.

Důvod, proč Webb používá infračervené světlo, je ten, že viditelné světlo ze vzdálených galaxií, které se šíří vesmírem, se v důsledku rozpínání vesmíru natahuje.

Tato expanze přeměňuje viditelné světlo na infračervené. V důsledku toho nejvzdálenější galaxie ve vesmíru již nesvítí ve viditelném světle, ale ve slabém infračerveném světle. Webb byl speciálně navržen k detekci tohoto typu světla.

Obří zlaté zrcadlo: Sbírání nejslabšího světla

Než světlo dosáhne kamery, musí být zachyceno Webbovým obřím zlatým zrcadlem, které je široké více než 6,5 metru a je tvořeno 18 menšími zrcadly uspořádanými do plástve.

Zrcadlový povrch je pokryt tenkou vrstvou zlata, a to nejen pro zvýšení estetiky, ale také proto, že zlato mimořádně dobře odráží infračervené světlo.

Toto zrcadlo shromažďuje světlo z hlubokého vesmíru a odráží ho na přístroje dalekohledu. Čím větší je zrcadlo, tím více světla shromažďuje a tím dále dohlédne. Webbovo zrcadlo je největší zrcadlo, jaké kdy lidé vyslali do vesmíru.

Webbovo velké zrcadlo, složené z 18 malých šestiúhelníkových zrcadel a potažené zlatem (foto: NASA).

NIRCam a MIRI: Webbovy supercitlivé „oči“

Webbovy dva nejdůležitější vědecké přístroje, které fungují jako kamery, jsou NIRCam a MIRI.

NIRCam (blízká infračervená kamera) je hlavní kamera společnosti Webb, která pořizuje úžasné snímky galaxií a hvězd. Má také koronograf – zařízení, které blokuje světlo hvězd, takže dokáže pořizovat snímky velmi slabých objektů v blízkosti jasných zdrojů světla, jako jsou planety obíhající kolem jasných hvězd.

NIRCam funguje tak, že zachycuje blízké infračervené světlo (typ světla, který se nejvíce podobá lidskému oku) a rozkládá ho na různé vlnové délky. To umožňuje vědcům nejen určit tvar objektu, ale také zjistit, z čeho je vyroben.

Různé materiály ve vesmíru absorbují a vyzařují infračervené světlo o specifických vlnových délkách, čímž vytvářejí jedinečný „chemický otisk prstu“. Studiem těchto otisků se vědci mohou dozvědět o vlastnostech vzdálených hvězd a galaxií.

MIRI (přístroj pro střední infračervenou oblast) detekuje delší infračervené vlnové délky, které jsou obzvláště užitečné pro detekci chladnějších a prašnějších objektů, jako jsou hvězdy, které se stále tvoří uvnitř plynných mračen. MIRI může dokonce pomoci najít vodítka o typech molekul v atmosférách planet, které by mohly podporovat život.

Obě kamery jsou mnohem citlivější než standardní kamery používané na Zemi. NIRCam a MIRI dokáží detekovat i to nejmenší množství tepla z miliard světelných let daleko. Kdybyste měli Webbovu NIRCam jako oči, mohli byste vidět teplo včely na Měsíci.

Webbovy první snímky z hlubokého pole: snímek MIRI vlevo a snímek NIRCam vpravo (obrázek: NASA).

Aby Webb mohl detekovat slabé teplo ze vzdálených objektů, musí se udržovat v extrémně chladném prostředí. Proto nese obří sluneční clonu o velikosti tenisového kurtu. Pětivrstvá sluneční clona blokuje teplo ze Slunce, Země a dokonce i Měsíce, což pomáhá Webbu udržovat teplotu kolem minus 223 stupňů Celsia.

MIRI potřebuje ještě nižší teplotu, proto má vlastní speciální ledničku, zvanou kryochladič, která ji udržuje blízko minus 266 stupňů Celsia. Pokud by Webb byl byť jen o trochu teplejší, jeho vlastní teplo by přehlušilo slabé signály, které se snažil detekovat.

Proměňte okolní světlo v živé obrazy

Když světlo dosáhne Webbovy kamery, zasáhne senzory zvané detektory. Tyto detektory nepořizují běžné snímky jako fotoaparát telefonu.

Místo toho převádějí infračervené světlo na digitální data, která jsou poté odeslána zpět na Zemi, kde je vědci zpracují a přemění na plnobarevné snímky.

Barvy, které vidíme na Webbových snímcích, nejsou tím, co kamera „vidí“ přímo. Protože infračervené světlo je neviditelné, vědci přiřazují barvy různým vlnovým délkám, aby nám pomohli pochopit, co je na snímku.

Tyto zpracované snímky pomáhají odhalit strukturu, stáří a složení galaxií, hvězd a dalších objektů.

Díky použití obřího zrcadla ke sběru neviditelného infračerveného světla a jeho odeslání do ultrachladných kamer nám vesmírný dalekohled Jamese Webba umožnil pozorovat vznik galaxií hned od počátku vesmíru, což znamená, že vidíme, co se stalo asi před 14 miliardami let.

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