Mengapa Teleskop Luar Angkasa James Webb (JWST) melihat ruang angkasa dalam cahaya inframerah? » Ilmu ABC

Pencitraan inframerah JWST memungkinkan melihat benda langit yang sebelumnya tersembunyi oleh awan tebal, dan juga menawarkan manfaat menghitung pergeseran merah cahaya di ruang angkasa. Oleh karena itu, memungkinkan kita untuk melihat bintang dan galaksi kuno dan jauh dari alam semesta awal.

JWST (juga dikenal sebagai “Webb”) telah memberi kita perspektif baru dan cara baru untuk melihat peristiwa dari masa lalu yang jauh (sekitar 13,5 miliar tahun yang lalu).

Namun, mata yang dimodifikasi yang disediakannya tidak memiliki mekanisme yang sama dengan mata manusia. Daripada mengamati spektrum cahaya tampak (yang dapat dilihat manusia), JWST lebih suka melihat cahaya inframerah daripada spektrum cahaya lainnya. Karena mata tidak dapat melihat sebagian besar cahaya yang dipancarkan oleh benda-benda angkasa, menyebutnya sebagai “mata baru” adalah tepat, mengingat kemampuan dan hasil ajaibnya.

Tapi apa manfaat memperluas bandwidth inframerah pada panjang gelombang yang lebih panjang, seperti gelombang radio dan spektrum gelombang mikro? Sebelum menjawab pertanyaan ini, perlu dipahami bahwa spektrum cahaya yang berbeda hanyalah panjang gelombang energi yang berbeda yang dihasilkan oleh sumber cahaya yang sama (lihat gambar di bawah). Ketika panjang gelombang lebih pendek, energi yang dibawa oleh cahaya lebih besar. Itu sebabnya kita harus menghindari sinar ultraviolet yang dipancarkan matahari! Mereka adalah panjang gelombang yang kuat yang dapat menyebabkan DNA kehancuran.

Apa spektrum cahaya? Dan apa yang digunakan teleskop lain untuk pencitraan?

Enam dari tujuh spektrum cahaya tidak terlihat oleh kita. Akibatnya, mata kita hanya dapat melihat sebagian kecil dari objek apa pun yang menghasilkan cahaya – panjang gelombang “cahaya tampak” berkisar antara 4 hingga 10-7 ke 7 10-7. Seperti yang ditunjukkan pada grafik di atas, gelombang radio memiliki panjang gelombang terpanjang, sinar gamma memiliki panjang gelombang terpendek, dan sinar inframerah memiliki panjang gelombang lebih besar daripada cahaya tampak.

Nama “inframerah” digunakan karena kisaran cahaya ini masuk tepat di bawah panjang gelombang cahaya merah tampak, sedangkan panjang gelombang di atas spektrum tampak tampak lebih biru/ungu, maka judulnya “ultraviolet”. Jadi apa hubungan spektrum cahaya dengan gambar teleskopik?

Teleskop menggunakan detektor dan kamera untuk menyaring panjang gelombang yang berbeda, memastikan bahwa hanya panjang gelombang yang diinginkan yang dikumpulkan dan diubah secara elektronik untuk dilihat. Dibandingkan dengan pendahulunya, JWST memiliki beberapa detektor sensitif (termasuk kamera mid-inframerah dan kamera dekat-inframerah) untuk melihat spektrum penuh cahaya inframerah dan memberi kami gambar cahaya yang lebih akurat dan detail yang berasal dari miliaran tahun cahaya. . .

Di sisi lain, Teleskop Luar Angkasa Hubble mendeteksi cahaya dalam spektrum yang terlihat, sedangkan Teleskop Luar Angkasa Spitzer mendeteksi cahaya dalam jarak yang lebih pendek dalam spektrum inframerah. Selain itu, Observatorium Sinar-X Chandra melihat cahaya dalam spektrum sinar-X-nya sendiri. Akibatnya, kita dapat mengatakan bahwa setiap teleskop memberi kita pandangan yang berbeda dalam mengamati alam semesta.

Apa keuntungan menggunakan radiasi infra merah dalam teleskop?

Karena panjang gelombang cahaya yang berbeda menunjukkan proses dan peristiwa yang berbeda di ruang angkasa, penggunaan spektrum inframerah memberi kita perspektif dan lensa yang berbeda dari alam semesta kita. Akibatnya, ada beberapa alasan untuk memilih inframerah daripada panjang gelombang yang lebih panjang, seperti gelombang mikro atau gelombang radio. Kemampuan cahaya inframerah untuk melewati awan debu dan gas yang padat dan sedingin es (dibandingkan dengan panjang gelombang lainnya), sebuah fenomena yang dikenal sebagai “pergeseran merah”, dan hubungan antara panjang gelombang dan suhu adalah tiga alasan penting mengapa teleskop JWST menggunakan pengamatan inframerah. .

awan transparan?

Inframerah memiliki kemampuan unik untuk menembus awan padat debu dan gas yang tidak dapat ditembus oleh panjang gelombang cahaya lain. Jika dilihat melalui rentang sinar tampak atau ultraviolet, awan dingin dan padat ini tidak tembus pandang, karena partikel debu kecil di dalamnya dapat menyerap panjang gelombang cahaya yang pendek. Jadi, ketika panjang gelombang pendek ini digunakan untuk pencitraan, mereka mencegah deteksi cahaya dari objek di belakang atau di dalam awan, dan hanya cahaya awan yang diamati. Ini tidak nyaman, karena ada daerah pembentuk bintang di dalam awan ini!

Setelah pemindaian inframerah, debu mulai kehilangan kemampuannya untuk menyembunyikan dan menyembunyikan apa pun di dalam dan di belakangnya. Oleh karena itu, JWST akan dapat melihat melalui hal-hal yang sebelumnya tampak tidak dapat ditembus, dan pada akhirnya akan mengungkapkan bintang dan galaksi tertua di alam semesta kita yang sebelumnya tersembunyi.

Pergeseran merah bisa membingungkan

Pertama-tama, salah satu tujuan utama JWST adalah untuk memeriksa beberapa bintang, galaksi, dan planet pertama yang muncul setelah awal alam semesta. Akibatnya, Webb harus menganalisis wilayah ruang yang jauh tak terbayangkan! Ketika kita melihat lebih dalam ke luar angkasa, kita dapat melihat lebih jauh ke masa lalu, mengingat waktu yang dibutuhkan cahaya untuk melakukan perjalanan dan mencapai kita. Dari sudut pandang kosmologis, kecepatan cahaya mungkin tampak sangat lambat bagi para astronom!

Prinsip pergeseran merah diperkenalkan di sini, yang terkadang membingungkan, tetapi mari kita coba memahaminya sekarang, karena ini adalah fenomena fisik penting yang terjadi pada gelombang cahaya. Pada 1920-an, alam semesta ditemukan mengembang dengan kecepatan yang semakin cepat oleh Edwin Hubble! Dia juga mencatat bahwa semakin jauh kita melihat ke luar angkasa, semakin cepat objek bergerak menjauh dari kita karena perluasan alam semesta, menyebabkan pergeseran merah.

Saat alam semesta mengembang, cahaya yang dipancarkan oleh benda-benda kuno dan jauh diregangkan ke panjang gelombang yang lebih panjang. Akibatnya, cahaya dari galaksi dan bintang di alam semesta awal memiliki panjang gelombang yang sangat panjang karena struktur ruang-waktu yang meluas sehingga sekarang sebagian besar terdeteksi dalam spektrum inframerah.

Fenomena peningkatan/perpanjangan panjang gelombang cahaya menuju spektrum inframerah disebut sebagai “pergeseran merah”. Oleh karena itu, Webb harus melihat alam semesta kuno dengan detektor inframerah, untuk melihat beberapa cahaya “pergeseran merah” tertua selama 13,6-13,8 miliar tahun!

Panaskan mata di luar angkasa

Mari kita berpikir tentang kamera termal sejenak. Semua kamera ini, seperti JWST, memiliki sensor inframerah. Dari bandara hingga luar angkasa, inframerah paling baik dalam mendeteksi perubahan suhu sekecil apa pun, membuatnya lebih mudah untuk memahami konsep terkait panas seperti luminositas, kecerahan, struktur molekul, dll. Berlawanan dengan kepercayaan populer, banyak benda langit, seperti nebula, planet, dan bintang purba, sebenarnya agak dingin (dibandingkan dengan bintang terang).

Di atas adalah pemindaian termal (inframerah) dari tangan seseorang. Dalam pemindaian ini, area biru lebih dingin, sedangkan bagian kuning/oranye/merah lebih hangat. Kami dikondisikan untuk mengasosiasikan merah dengan panas, tetapi ini hanya berlaku dalam pencitraan termal, karena alasan tradisional. Dalam spektrum elektromagnetik, biru terang lebih panas daripada merah menyala! (Sumber gambar: Cipta studio / Shutterstock)

Kita dapat mendeteksi radiasi infra merah untuk menyimpulkan objek besar apa, seperti awan debu, bersembunyi, yang buram dalam cahaya tampak. Hal ini dimungkinkan karena semakin dingin sesuatu (kurang aktif), semakin panjang panjang gelombangnya. Cahaya, kecerahan, dan suhu memiliki hubungan langsung yang dapat diamati dan dipahami lebih baik saat menggunakan radiasi infra merah, karena bintang dan galaksi tertua lebih dingin dan kurang aktif.

Bintang yang lebih muda dan lebih panas memancarkan lebih banyak cahaya tampak!

kesimpulan

Memahami cara kerja inframerah memungkinkan kita untuk menyadari bahwa ia memiliki lebih banyak manfaat daripada panjang gelombang cahaya lainnya dalam hal mendeteksi struktur pertama di alam semesta. Selain itu, para ilmuwan sering menggabungkan data dari teleskop “cahaya tampak” (Hubble) dengan teleskop inframerah (seperti JWST) untuk membuat gambar komposit. Data dari masing-masing teleskop kemudian digabungkan untuk menghasilkan gambar yang lebih detail. Jadi jangan khawatir, tidak ada yang akan melupakan apa yang telah dicapai Hubble untuk kita — dan akan terus melakukannya. Untungnya, kita sekarang memiliki lebih banyak mata kosmik daripada sebelumnya!

Bacaan yang disarankan