Czy zdjęcia z Teleskopu Webba są prawdziwe?

Odpowiedź na tytułowe pytanie brzmi: tak. Jednak „prawdziwe” w odniesieniu do fotografowanych przez Webba obiektów nie oznacza tutaj takie, jak byśmy zobaczyli je na własne oczy będąc w miejscu Webba, ale takie, jakimi są w rzeczywistości. Żeby to zrozumieć, musimy co nieco wiedzieć o działaniu ludzkiego wzroku oraz Teleskopu Kosmicznego Jamesa Webba (JWST).

Gdy jesteśmy na ulicy i słyszymy zbliżającą się do nas karetkę pogotowia jadącą na sygnale, zauważymy, że dźwięk jest coraz wyższy, a gdy samochód nas minie, staje się coraz niższy. Fala dźwiękowa zbliżającego się do nas źródła sygnału staje się coraz krótsza, a wydłuża się, gdy źródło sygnału się od nas oddala. Takie samo zjawisko ma miejsce w przypadku fali elektromagnetycznej. Wszechświat się rozszerza, więc – generalnie rzecz biorąc – galaktyki i gwiazdy się od nas oddalają. Długość fali biegnącego w naszym kierunku światła staje się coraz większa, światło to staje się coraz bardziej czerwone. A im bardziej odległy od nas obiekt, tym bardziej czerwone światło do nas dociera. Mówimy tutaj o zjawisku przesunięcia ku czerwieni.

Ludzie widzą światło o ograniczonym zakresie długości fali. Odległość pomiędzy Ziemią a większością obiektów we wszechświecie jest tak duża, że docierające do nas fale świetlne znajdują się w zakresie podczerwieni, którego nasze oczy nie widzą. Jednak Teleskop Webba jest wyspecjalizowany właśnie w odbieraniu podczerwieni. Dlatego możemy dojrzeć dzięki niemu bardzo stare, niezwykle odległe obiekty.

JWST korzysta z trzech zwierciadeł. Największe, główne, odpowiada za zbieranie światła docierającego do teleskopu. Zwierciadło główne skupie je i kieruje do zwierciadła wtórnego, stamtąd zaś światło trafia do instrumentów naukowych, a trzecie ze zwierciadeł koryguje wszelkie zniekształcenia wywołane przez dwa pierwsze. Teleskop Webba korzysta ze specjalnej perforowanej maski, która blokuje część docierającego doń światła, symulując działanie wielu teleskopów, dzięki czemu może zwiększyć rozdzielczość. Technika ta pozwala na zdobycie większej ilości danych na temat bardzo jasnych sąsiadujących ze sobą obiektów. Webba wyposażono też w spektrografy, które rozbijają światło na części składowe, ujawniając informacje o intensywności poszczególnych fali światła. Obserwatorium wyposażono też macierz 248 000 mikromigawek służących do pomiaru spektrum światła.

Za dostarczenie nam obrazu odpowiedzialny jest Zintegrowany Moduł Instrumentów Naukowych, w skład którego wchodzą trzy urządzenia. NIRCam, działająca w podczerwieni kamera, rejestrująca fale o długości od 0,6 do 5 mikrometrów. To ona rejestruje światło z pierwszych gwiazd i galaktyk, pokazuje gwiazdy w pobliskich galaktykach, młode gwiazdy w Drodze Mlecznej oraz obiekty w Pasie Kuipera. Wyposażono ją w koronografy, instrumenty pozwalające na fotografowanie bardzo słabo świecących obiektów znajdujących się wokół obiektów znacznie jaśniejszych. Drugim z nich jest NIRSpec, spektrograf również działający w zakresie od 0,6 do 5 mikrometrów. Spektrografy to urządzenia do rejestracji całego widma promieniowania. Analiza tego widma pozwoli naukowcom poznać wiele cech fizycznych badanego obiektu, w tym jego temperaturę, masę i skład chemiczny. Wiele z obiektów, które Webb będzie badał, jest tak słabo widocznych, że olbrzymie zwierciadło teleskopu będzie musiało prowadzić obserwacje przez setki godzin, by zebrać ilość światła wystarczającą do stworzenia całego widma. Natomiast Mid-Infared Instrument (MIRI) składa się zarówno z kamery jak i spektrografu pracujących w średniej podczerwieni. To zakresy od 5 do 28 mikrometrów. Fal o takiej długości nasze oczy nie widzą. Ten bardzo czuły instrument zobaczy przesunięte ku czerwieni światło odległych galaktyk, tworzących się gwiazd i słabo widocznych komet. Może obserwować Pas Kuipera. Kamer MIRI będzie zdolna do wykonania podobnych szerokokątnych zdjęć, z jakich zasłynął Hubble. A jego spektrograf umożliwi poznanie wielu cech fizycznych odległych obiektów.

Wszystkie wymienione tutaj instrumenty dostarczają naukowcom danych, które należy odpowiednio dostosować tak, by nasze oczy mogły je zobaczyć. Obrazów z Webba, które udostępnia NASA, nie moglibyśmy zobaczyć będąc w miejscu teleskopu, zarówno dlatego, że nasze oczy nie odbierają światła o takiej długości fali, jak i dlatego, że Webb jest znacznie bardziej czuły na światło. Zatem obrazy przekazywane przez Webba bardziej odpowiadają rzeczywistości, są bardziej prawdziwe, niż to, co możemy zobaczyć na własne oczy. Teleskop korzysta z aż 27 filtrów rejestrujących fale podczerwone o różnej długości. Naukowcy dokładnie analizują te fale, zbierają informacje np. o ich intensywności, a następnie każdej z nich przypisują falę o długości z zakresu światła widzialnego. Najkrótszym przypisywana jest barwa niebieska, dłuższym zielona, najdłuższym czerwona. Po złożeniu tak otrzymany obrazów należy przeprowadzić jeszcze balans, bieli, skorygować kontrast oraz kolory i podziwiać niezwykłe zdjęcia.

Teleskop Kosmiczny Jamesa Webba zdjęcia