7 августа, 2022

zhukvesti

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Как космический телескоп Джеймса Уэбба будет создавать изображения древней вселенной

В декабре 1995 г. Космический телескоп Хаббл провел 10 дней подряд, всматриваясь в один небольшой участок неба.

С более чем 100 часами экспозиции и 342 отдельными экспозициями телескоп сделал одно из своих самых известных и важных изображений: изображение глубокого космоса, на котором было обнаружено почти 3000 древних галактик, относящихся к ранней Вселенной.

Северное глубокое поле Хаббла стало крупным достижением в области фотографии дальнего космоса. С тех пор ситуация улучшилась.

С недавним запуском Космический телескоп Джеймса Уэббаe (JWST), астрономы смогут заглянуть в скрытые области космоса. JWST предназначен для обнаружения света за пределами видимого диапазона, создавая изображения самых слабых и самых далеких объектов. Но это создает свои собственные проблемы: как он представляет то, что человеческий глаз не может видеть? Как превратить несколько снимков в единое изображение?

Хотя мы ожидаем выпустить первые образы JWST этим летом, обратный говорить с Джонатан Макдауэлл, астрофизик из Центра астрофизики и рентгеновского центра Чандра, много работавший в Рентгеновская обсерватория Чандра задача.

«Чандра», запущенная в 1999 году, смотрит на Вселенную в рентгеновских лучах, которые далеки от того, что могут видеть наши глаза, но сквозь них просвечивают такие вещи, как черные дыры и другие высокоэнергетические объекты. Как и Чандра, JWST будет смотреть на вселенную на длинах волн, которые не может видеть человеческий глаз. В случае с JWST это инфракрасное излучение, которое показывает горячие объекты. Хотя длины волн очень далеки, они создают аналогичные проблемы при сборе этих данных и создании научно полезного изображения, которое можно манипулировать для представления публике.

Макдауэлл помог нам проанализировать, как космический снимок был снят, проявлен и обработан, чтобы получить удивительный результат, который мы видим.

Hubble Deep Field North был первым из многих изображений глубокого космоса, на которых были показаны бесчисленные галактики. НАСА

Шаг 1: Наведите телескоп

Первым сфотографированным небесным телом была Луна.

READ  В бурном развитии физики возродили альтернативную теорию гравитации

В 1840 году британский физик Джон Уильям Дрейпер запечатлел поверхность Луны из своей наземной обсерватории в Нью-Йоркском университете. Луна находится всего в 238 855 милях от Земли. Но сегодня космические телескопы способны делать снимки объектов, удаленных на миллионы световых лет.

«Первое, что вам нужно сделать, это направить телескоп в правильном направлении», — говорит Макдауэлл. обратный.

Уже одно это может ввести в заблуждение, потому что космические телескопы следуют определенной орбите и движутся с высокой скоростью. Чтобы знать, в каком направлении указывать, астрономы сначала должны знать, где они находятся в настоящее время.

Есть небольшие вспомогательные телескопы, которые делают снимки звезд, и, используя эту информацию о том, где находятся знакомые звезды, они могут определить, в каком направлении они в данный момент указывают на небе.

Затем, используя координаты целевого объекта, астрономы наведут телескоп в его сторону.

Шаг 2: Калибровка

Прежде чем телескоп сделает снимок, много времени уходит на калибровку. Когда камера откалибрована, говорит Макдауэлл, работавший в рентгеновской обсерватории Чандра, которая фотографирует некоторые из самых энергичных явлений во Вселенной, есть несколько важных исходных данных.

«Иногда мы тратим половину нашего времени на то, чтобы сфотографировать то, о чем мы уже знаем», — говорит Макдауэлл. «Мы делаем снимки, чтобы проверить чувствительность камеры, убедиться, что геометрия камеры правильная, или сделать снимок созвездия, где вы знаете, как далеко друг от друга звезды, и это говорит вам о масштабе изображения».

Различные длины волн позволяют ученым видеть разные части Вселенной, раскрывая сложные детали движения горячего газа от взрыва сверхновой.

Если бы телескопы рассматривали Вселенную только в видимом свете, длина волны этого света была бы короткой, а это означало бы, что он с большей вероятностью отразится от окружающих частиц и рассеется. Но при наблюдении за Вселенной в инфракрасном свете более длинные волны более эффективно пробиваются сквозь газ и пыль и позволяют астрономам искать во Вселенной больше.

READ  Запуск CAPSTONE в Rocket Lab положил начало возвращению НАСА на Луну

Шаг 3: Щелчок!

После правильного наведения телескопа в правильном направлении свет попадает в телескоп и на камеру. По словам Макдауэлла, технология камеры телескопа аналогична той, что используется в наших телефонах или цифровых камерах.

«Свет падает на камеру, и чем краснее свет, тем больше энергии», — говорит Макдауэлл. «И он делает отдельные красные, зеленые и синие изображения, а затем объединяет их вместе, чтобы сделать цветное изображение».

Пример изображения, состоящего из 7 широкополосных фильтров от УФ (слева) до инфракрасного (справа)кто — который

Вместо того, чтобы использовать для этой цели обычную камеру, Хаббл записывает входящие фотоны света через Зарядка устройства сбоку (Конвенция по борьбе с опустыниванием).

ПЗС-матрица не измеряет цвет входящего света, но в телескопах есть фильтры, которые можно применять для пропуска света только определенного диапазона или цвета с длиной волны. Затем Хаббл сделает снимки одного и того же объекта через разные фильтры, которые будут объединены вместе, чтобы создать одно всеобъемлющее изображение.

Шаг 4: Редактировать

Чтобы сделать спутниковое изображение доступным для широкой публики, астрономы должны провести некоторую обработку. Большинство объектов в космосе излучают цвета, которые слишком слабы, чтобы их можно было увидеть человеческим глазом. Иногда ученым приходится присваивать фильтрам цвета, невидимые человеческому глазу.

Для изображения Хаббла Туманность Кошачий глазВ этом исследовании ученые нанесли на карту красное, синее и зеленое излучение атомов водорода, атомов кислорода и ионов азота, ни одно из которых не проявляется в видимом спектре. На наш взгляд, разница между тремя типами излучения заключалась в трех узких длинах волн красного цвета, неразличимых человеческим глазом.

На этом изображении, полученном космическим телескопом Хаббла, показана одна из самых сложных планетарных туманностей, когда-либо виденных, туманность Кошачий глаз, возраст которой оценивается в 1000 лет.Дж. П. Харрингтон и К. Дж. Борковски (Университет Мэриленда), НАСА/ЕКА

Шаг 5: Дайте контекст

Спутниковый снимок без каких-либо данных — это просто изображение. Но ученые используют эти изображения для сбора данных о космических объектах.

READ  Астрономы раскрыли самую подробную на сегодняшний день карту астероида Психея

«Теперь у вас есть кадр, который представляет собой просто изображение, но без контекста», — говорит Макдауэлл. «Вы должны указать, куда был направлен космический корабль, какого размера космический корабль и какие поправки вы должны внести в чувствительность данных в зависимости от того, может быть, сегодня, когда камера на один градус холоднее, чем вчера».

Это делается для обеспечения контекста для изображения, которое вы видите.

«Вся эта контекстуальная информация должна быть применена, чтобы дать вам научно полезное изображение, а не любое изображение», — говорит Макдауэлл.

«Это не просто красивая картинка», — добавляет он. «Это красивая картинка, по которой вы можете измерить числа».