في ديسمبر 1995 ، رصد تلسكوب هابل الفضائي جزءًا صغيرًا من السماء لمدة 10 أيام متتالية.
مع أكثر من 100 ساعة من وقت التعرض و 342 ثورانًا فرديًا ، التقط التلسكوب واحدة من أهم الصور وأكثرها أهمية: صورة للفضاء السحيق كشفت عن ما يقرب من 3000 مجرة قديمة في الكون المبكر.
كان هابل ديب فيلد نورث إنجازًا كبيرًا في تصوير الفضاء السحيق. منذ ذلك الحين ، تحسنت الأمور.
مع أحدث إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائيe (JWST) ، يمكن لعلماء الفلك مراقبة المناطق المخفية في الفضاء. تم تصميم JWST لاكتشاف الضوء خارج النطاق المرئي ، مما يؤدي إلى إنشاء صور لأجسام غير واضحة وبعيدة جدًا. لكنه يطرح تحدياته الخاصة: كيف تمثل ما هو غير مرئي للعين البشرية؟ كيف تحول اللقطات المتعددة إلى صورة متماسكة؟
نتوقع إطلاق أول أفلام JWST هذا الصيف ، يعكس تحدث مع جوناثان ماكدويل، عالم الفلك في مركز علم الفلك وعمل على نطاق واسع في مركز شاندرا للأشعة السينية. مختبر شاندرا للأشعة السينية مهمة.
تم إطلاق Chandra في عام 1999 ، وهو ينظر إلى الكون بالأشعة السينية ، والتي هي أبعد من أعيننا ، ولكنها تلمع أكثر بكثير من الثقوب السوداء والأجسام الأخرى عالية الطاقة. مثل القمر ، يرى JWST الكون بأطوال موجية يمكن ملاحظتها بالعين البشرية. في حالة JWST ، فإن الأشعة تحت الحمراء هي التي تظهر المواد الساخنة. على الرغم من أن الطول الموجي بعيدان عن بعضهما البعض ، إلا أنهما يمثلان تحديات مماثلة في أخذ تلك البيانات وإنشاء صورة مفيدة علميًا.
ساعدنا ماكدويل في تحليل كيفية التقاط الأفلام الفضائية وإنشائها ومعالجتها للحصول على النتيجة المذهلة التي نراها.
الخطوة 1: وجّه التلسكوب
كان أول جرم سماوي تم تصويره هو القمر.
في عام 1840 ، التقط الفيزيائي البريطاني جون ويليام دروببر سطح القمر من مرصده الموجود على السطح في جامعة نيويورك. القمر على بعد 238،855 ميلاً فقط من الأرض. لكن اليوم ، التلسكوبات الفضائية قادرة على التقاط صور لأجسام تبعد ملايين السنين الضوئية.
يقول ماكدويل: “أول شيء عليك القيام به هو توجيه التلسكوب في الاتجاه الصحيح” يعكس.
يمكن أن تكون التلسكوبات الفضائية خادعة لأنها تتبع مدارًا معينًا وتنتقل بسرعات عالية. لمعرفة الاتجاه الذي يجب أن يشير إليه ، يجب على علماء الفلك أولاً معرفة مكانهم الحالي.
هناك تلسكوبات فرعية صغيرة تلتقط صورًا للنجوم ، وباستخدام المعلومات الخاصة بمكان النجوم المألوفة ، يمكنك معرفة الاتجاه الذي تشير إليه حاليًا في السماء.
ثم باستخدام إحداثيات الجسم المستهدف ، يوجه علماء الفلك التلسكوب في اتجاهه.
الخطوة 2: المعايرة
قبل التقاط صورة تلسكوب ، يتم قضاء الكثير من الوقت في المعايرة. يقول ماكدويل ، الذي عمل في مختبر شاندرا للأشعة السينية ، الذي يصور بعض أقوى الظواهر في الكون ، إن هناك بعض الأساسيات المهمة عند قياس الكاميرا.
يقول ماكدويل: “أحيانًا نقضي نصف الوقت في التقاط صور لأشياء نعرفها بالفعل”. “سنلتقط صورًا للتحقق من حساسية الكاميرا ، والتأكد من صحة هندسة الكاميرا ، أو التقاط صورة لمجموعة النجوم التي تعرف مدى تباعد النجوم. إنها تخبرنا بحجمك. صورة.”
تسمح الأطوال الموجية المختلفة للعلماء برؤية أجزاء مختلفة من الكون ، وكشف التفاصيل المعقدة للغاز الساخن الذي ينتقل من انفجار مستعر أعظم.
إذا كانت التلسكوبات ترى الكون في الضوء المرئي فقط ، فإن هذا الضوء له أطوال موجية أقصر ، مما يعني أنه من المرجح أن يقفز من الجسيمات والتشتت المحيط به. ولكن عند مراقبة الكون في ضوء الأشعة تحت الحمراء ، فإن الأطوال الموجية الطويلة تشق طريقها عبر الغاز والغبار بكفاءة أكبر وتسمح للفلكيين برؤية الكون بشكل أكبر.
الخطوة 3: التقط!
بعد توجيه التلسكوب في الاتجاه الصحيح ، يسقط الضوء على التلسكوب والكاميرا. يقول ماكدويل إن تقنية الكاميرا التلسكوبية تشبه تلك الموجودة في هواتفنا أو كاميراتنا الرقمية.
يقول ماكدويل: “يسقط الضوء على الكاميرا ، وإذا كان الضوء أحمر ، فإنه يحتوي على المزيد من الطاقة”. وتلتقط صورًا حمراء وخضراء وزرقاء منفصلة ثم تجمعها معًا لإنشاء صورة ملونة.
بدلاً من استخدام الكاميرا التقليدية ، يسجل هابل فوتونات الضوء الواردة جهاز شحن مقرن (اتفاقية مكافحة التصحر).
لا يقيس CCD لون الضوء الوارد ، لكن التلسكوب يحتوي على مرشحات تسمح فقط بطول موجي معين أو لون الضوء. ثم يلتقط هابل صورًا لنفس الكائن من خلال مرشحات مختلفة ، والتي تتحد لتشكل صورة مفصلة.
الخطوة 4: تحرير
لإعداد صورة فضائية لعامة الناس ، يحتاج علماء الفلك إلى القليل من المعالجة. تصدر معظم الأجسام في الفضاء ألوانًا باهتة للغاية بحيث لا يمكن للعين البشرية رؤيتها. في بعض الأحيان ، يضطر العلماء إلى تخصيص ألوان لمرشحات غير مرئية للعين البشرية.
لفيلم هابل سديم عين القطقام العلماء بتعيين ألوان الأحمر والأزرق والأخضر للإشعاع القادم من ذرات الهيدروجين وذرات الأكسجين وأيونات النيتروجين – ولا يظهر أي منها في الطيف المرئي. بالنسبة لأعيننا ، فإن الفرق بين الأنواع الثلاثة للإشعاع هو ثلاثة أطوال موجية قصيرة من اللون الأحمر ، لا يمكن تمييزها عن العين البشرية.
الخطوة 5: أعطه السياق
الصورة الفضائية التي لا تحتوي على بيانات هي مجرد صورة. لكن العلماء يستخدمون هذه الصور لجمع البيانات عن الأجسام الكونية.
يقول ماكدويل: “لديك الآن صورة ، لكن لا يوجد سياق”. “عليك أن تطبق حيث تشير المركبة الفضائية ، وحجم المركبة الفضائية ، وما هي التصحيحات التي تحتاج إلى إجرائها اعتمادًا على حساسية البيانات. ربما تكون الكاميرا اليوم أكثر برودة بدرجة مما كانت عليه بالأمس.”
يتم ذلك لتوفير سياق للصورة التي تشاهدها.
يقول ماكدويل: “يجب استخدام كل هذه المعلومات السياقية لتزويدك بصورة مفيدة أكثر علميًا من أي صورة أخرى”.
ويضيف: “إنه ليس مجرد فيلم جميل”. “هذه صورة جميلة. يمكنك قياس الأرقام”.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”