เหตุใดภาพกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์จึงเป็นเรื่องใหญ่

JWST สามารถมองเห็นจักรวาลได้มากกว่ากล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล

ปีที่แล้ว ก่อนการเปิดตัวกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ฉันเขียนว่า: ” กล้องโทรทรรศน์อวกาศที่ใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์กำลังจะระเบิดความคิดของเรา “

พิจารณาว่าจิตใจนี้ฟุ้งซ่าน ในที่สุด NASA ก็เปิดเผยภาพแรกจากหอดูดาวบนอวกาศ ภาพเหล่านี้ใช้เวลาสร้างหลายสิบปี และเกิดขึ้นหลังจากความล่าช้าและงบประมาณหลาย ปี แต่พวกเขาไม่ทำให้ผิดหวัง พิจารณาภาพแรกที่เผยแพร่โดยหน่วยงานอวกาศในวันจันทร์ที่ 11 กรกฎาคม:

สิ่งที่ทำให้ภาพนี้น่าทึ่งคือภาพเล็กแค่ไหนและใหญ่แค่ไหนในเวลาเดียวกัน

มันเล็กในแง่ที่ว่าภาพนี้เป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของท้องฟ้ายามค่ำคืน ลองนึกภาพว่าคุณกำลังถือเม็ดทรายที่ความยาวแขน พื้นที่ท้องฟ้าที่มีเกรนปกคลุม นั่นคือขนาดของพื้นที่ที่ถ่ายไว้ในภาพด้านบน

แต่ในแง่ที่ว่าวัตถุเกือบทั้งหมดในภาพนี้เป็นดาราจักรที่มีขนาดใหญ่มาก ลองคิดดู: อย่างน้อยในทุกจุดบนท้องฟ้า อย่างน้อยก็มีกาแล็กซีเป็นพันๆ กาแล็กซี

และถึงแม้จะดูเหมือนเป็นภาพแบนๆ ก็ตาม ภาพนี้เผยให้เห็นส่วนลึกของจักรวาล และเป็นหน้าต่างแห่งกาลเวลา แสงกะพริบที่จางและเล็กที่สุดในภาพถ่ายนี้คือภาพของกาแล็กซีที่มีอยู่เมื่อกว่า 13 พันล้านปีก่อนใกล้เวลาเริ่มต้น (แสงนั้นได้เดินทางผ่านอวกาศนับแต่นั้นเป็นต้นมา) และไม่เพียงแต่ Webb จะสามารถจับภาพกาแลคซี่แบบเก่าได้เท่านั้น กล้องโทรทรรศน์อวกาศสามารถวัดว่าดาราจักรยุคแรกเหล่านั้นประกอบด้วย ธาตุ ใด

ภาพแบบนี้คล้ายกับตัวอย่างแกนของหินตะกอน มันแสดงให้เห็นวิวัฒนาการของจักรวาลเมื่อเวลาผ่านไปในหลายชั้น

และแสดงถึงการพัฒนาอย่างมากเหนือความสามารถของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล ซึ่งจนกระทั่งการเปิดตัวของเวบบ์เป็นหอดูดาวที่ใหญ่ที่สุดในอวกาศ กระจกของฮับเบิลมีเส้นผ่านศูนย์กลางที่น่าประทับใจ 7.8 ฟุต กระจกสีทองที่สวยงามของเวบบ์รวมกันเป็นเส้นผ่านศูนย์กลาง 21.3 ฟุต โดยรวมแล้ว มีจำนวนมากกว่าพื้นที่เก็บแสงมากกว่าหกเท่าและเมื่อพูดถึงกล้องโทรทรรศน์ การรวบรวมแสงที่มากขึ้นก็เท่ากับรายละเอียดที่มากขึ้น

คุณสามารถเห็นการปรับปรุงที่ Webb นำมาใช้กับฮับเบิลได้แล้ว ก่อนหน้านี้กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลได้ทำการสังเกตการณ์ที่คล้ายกันของกระจุกกาแลคซีเดียวกันที่เว็บบ์ซึ่งจับภาพไว้ด้านบนนี้

ในแถบเลื่อนภาพด้านล่าง มุมมองฮับเบิลจะอยู่ทางด้านซ้าย ทางด้านขวา มุมมองของ Webb มีรายละเอียดมากขึ้น ดาราจักรที่จางกว่าในแบ็คกราวด์จำนวนมากจะแยกแยะได้ง่ายกว่า คุณยังมองเห็นได้ง่ายขึ้นว่าดาราจักรบางแห่งบิดเบี้ยวได้ชัดเจนยิ่งขึ้นอย่างไร ซึ่งเป็นผลมาจากแสงของพวกมันผ่านเลนส์โน้มถ่วงของดาราจักรที่อยู่ใกล้ที่สุดในส่วนโฟร์กราวด์ (หมายเหตุ: รูปภาพเหล่านี้ไม่ได้จัดแนวอย่างสมบูรณ์ แต่คุณยังสามารถเห็นความแตกต่างโดยสิ้นเชิงในรายละเอียด)

ข้อได้เปรียบอื่น ๆ ของ Webb เหนือฮับเบิลคือประเภทของแสงที่รวบรวมได้

แสงมีหลากหลายรูปแบบ ตามนุษย์สามารถมองเห็นได้เฉพาะแถบแคบที่เรียกว่าแสงที่มองเห็นได้ แต่จักรวาลมีแสงจำนวนมากที่อยู่นอกช่วงนี้ รวมทั้งรูปแบบความถี่สูงและพลังงานสูง: แสงอัลตราไวโอเลตและรังสีแกมมา จากนั้นมีแสงพลังงานต่ำซึ่งมีความยาวคลื่นยาวกว่า ได้แก่ อินฟราเรด ไมโครเวฟ วิทยุ

กล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลรวบรวมแสงที่มองเห็นได้ อัลตราไวโอเลต และอินฟราเรดเล็กน้อย เว็บบ์เป็นกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดเป็นหลักดังนั้นจึงมองเห็นแสงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าที่ตาเรามองเห็น สิ่งนี้ดูโง่และมีเทคนิค แต่จริงๆ แล้วมันเป็นสิ่งที่ทำให้เวบบ์ย้อนเวลากลับไปได้ไกลกว่าฮับเบิล

แสงอินฟราเรดมักเป็นแสงที่เก่ามาก อันเนื่องมาจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการ เปลี่ยน สีแดง เมื่อแหล่งกำเนิดแสงเคลื่อนออกจากตัวแสดง แหล่งกำเนิดแสงจะถูกยืดออก แปรเปลี่ยนเป็นความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นและยาวขึ้น ทำให้เป็นสีแดงมากขึ้น คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับเสียงเมื่อมีไซเรนผ่าน: ระดับเสียงจะเพิ่มขึ้นเมื่อไซเรนเข้าใกล้ จากนั้นจะลดลงเมื่อไซเรนหายไป เนื่องจากอวกาศมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่องสิ่งที่ไกลที่สุดจากเราในจักรวาลกำลังเคลื่อนตัวออกจากเรา แสงของพวกมันจะยิ่งแดงและแดงขึ้นก่อนที่จะตกลงไปในสเปกตรัมอินฟราเรดในที่สุด อินฟราเรดมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ แต่เวบบ์สามารถจับภาพได้อย่างละเอียด

เมื่อวันอังคารที่ผ่านมา NASA ได้เผยแพร่รูปภาพเพิ่มเติมจาก Webb ซึ่งแสดงความสามารถที่น่าประทับใจ ที่นี่ ดู Carina Nebula ซึ่งเป็นบริเวณที่ก่อตัวดาวฤกษ์ แสงอินฟราเรดถูกฝุ่นคอสมิกบดบังน้อยกว่าดังนั้นกล้องโทรทรรศน์เว็บบ์จึงสามารถเปิดเผยดาวฤกษ์ในบริเวณนี้ได้มากกว่าฮับเบิล NASA อธิบาย “เว็บบ์เผยให้เห็นสถานรับเลี้ยงดาวและดวงดาวแต่ละดวงที่ซ่อนไว้อย่างสมบูรณ์ในภาพแสงที่มองเห็นได้

ที่นี่ Webb มองเห็นกาแลคซีทั้งสี่กลุ่ม “เว็บบ์แสดงรายละเอียดที่ไม่เคยเห็นมาก่อนในกลุ่มกาแลคซี่นี้” NASAกล่าว “กระจุกดาวอายุน้อยนับล้านที่ส่องประกายระยิบระยับและพื้นที่แฉกของดาวฤกษ์ที่เกิดใหม่ทำให้ภาพดูงดงาม”

ในภาพที่สวยงามอีกภาพหนึ่ง เวบบ์สังเกตซากของดาวฤกษ์ที่กำลังจะตายในเนบิวลาวงแหวนใต้ ทางด้านซ้ายด้านล่าง เนบิวลาถูกจับด้วยอินฟราเรดใกล้ และทางขวา มันถูกถ่ายด้วยอินฟราเรดช่วงกลาง ซึ่งแต่ละอันให้รายละเอียดที่แตกต่างกันในหายนะนี้ NASA เขียนว่าดาวสลัวที่อยู่ตรงกลาง “ส่งวงแหวนก๊าซและฝุ่นออกไปนับพันปีในทุกทิศทาง”

นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของภารกิจทางวิทยาศาสตร์ของเวบบ์ ในอนาคต นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะใช้มันเพื่อดูดาราจักรแรกเริ่มซึ่งมีดาวฤกษ์ดวงแรก และเข้าใจช่วงเวลาที่เรียกว่า ” รุ่งอรุณแห่งจักรวาล” เมื่อจักรวาลกลายเป็นแสงดาวเป็นครั้งแรก

ก่อนรุ่งสางของจักรวาล จักรวาลถูกปกคลุมไปด้วย ” หมอกหนาทึบที่บดบังของก๊าซดึกดำบรรพ์ ” ตามที่มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติอธิบาย ในช่วงเวลานี้ไม่มีแสงส่องถึงกล้องโทรทรรศน์ของเรา ซึ่งเรียกว่ายุคมืดของจักรวาล (มีรังสีพื้นหลังบางส่วนจากบิ๊กแบงที่เรียกว่าพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิกซึ่งเป็นแสงจาง ๆ ที่ส่องมาที่เราตั้งแต่ก่อนยุคมืด แต่ส่วนใหญ่ ยุคมืดเป็นจุดว่างในไทม์ไลน์ของจักรวาลของเรา)

นักดาราศาสตร์หวังว่า Webb จะช่วยให้พวกเขาเข้าใจจุดจบของยุคมืดและค้นหาว่าอะไรเป็นสาเหตุให้หมอกนี้ลอยขึ้น ซึ่งนำไปสู่รุ่งอรุณของจักรวาล

นักวิทยาศาสตร์ยังตื่นเต้นที่จะใช้ความสามารถด้านอินฟราเรดของ Webb เพื่อศึกษาดาวเคราะห์นอกระบบ ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์อื่นที่ไม่ใช่ของเรา เว็บบ์ไม่น่าจะเห็นดาวเคราะห์นอกระบบโดยตรง แต่สิ่งที่ทำได้คือสังเกตดาวที่โคจรรอบ เมื่อดาวเคราะห์โคจรรอบหน้าดาว แสงจากดาวจะผ่านชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์เหมือนตัวกรอง นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาคุณภาพของแสงที่มาจากฟิลเตอร์นั้น และกำหนดองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์จากฟิลเตอร์นั้น และทีมนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานเกี่ยวกับ Webb ได้ทำสิ่งนี้ไปแล้ว เมื่อวันอังคารที่ NASA ประกาศว่า Webb ตรวจพบน้ำในบรรยากาศของดาวเคราะห์ก๊าซยักษ์ที่โคจรรอบดาวฤกษ์คล้ายดวงอาทิตย์

(ในเรื่องที่ไม่สามารถอธิบายได้ — พอดคาสต์ของ Vox ที่สำรวจความลึกลับใหญ่ คำถามที่ยังไม่มีคำตอบ และทุกสิ่งที่ เรา เรียนรู้จากการดำดิ่งสู่ความไม่รู้ — เราได้พูดคุยกับนักดาราศาสตร์เกี่ยวกับแผนการในอนาคตของพวกเขาสำหรับกล้องโทรทรรศน์ และความลึกลับที่พวกเขาหวังว่าจะเปิดเผย ฟังที่นี่ , หรือคลิกที่โปรแกรมเล่นที่ฝังไว้ด้านบน)

ความก้าวหน้าอย่างกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ ทำให้ฉันนึกถึงว่าเราซึ่งเป็นมนุษย์ เป็นส่วนหนึ่งของจักรวาลที่มองย้อนกลับไปที่ตัวเองได้อย่างไร บิ๊กแบง การกำเนิดของดวงดาว การก่อตัวของกาแล็กซี … เราเป็นเพียงผลที่ตามมาของฟิสิกส์และวิวัฒนาการของจักรวาลเท่านั้น เช่นเดียวกับสิ่งอื่นใดที่มีอยู่ในโลกภายนอก เมื่อเรามองย้อนกลับไปในจักรวาลด้วยกล้องโทรทรรศน์อย่างเว็บบ์ เรากำลังวนลูปจนเสร็จ เรากำลังสร้างเครื่องมือเพื่อทำให้จักรวาลมีความตระหนักในตนเองมากขึ้น

ด้วยฟังก์ชันพื้นฐานที่สุด Webb ทำให้เรามองเห็นจักรวาลได้มากขึ้น และย้อนเวลากลับไปได้ไกลขึ้น นี่เป็นเพียงการเริ่มต้น. มีอะไรให้ดูอีกมากมาย

หน้าแรก