نخستین تصاویر خیره‌کننده تلسکوپ فضایی جیمز وب چگونه ساخته شدند؟

سه‌شنبه‌ی هفته‌ی گذشته، جو بایدن، رئیس‌جمهور ایالات متحده، «نخستین تصویر زمینه‌ی ژرف وب» را به‌عنوان اولین عکس تمام‌رنگی تلسکوپ فضایی جیمز وب رونمایی کرد. برای جوزف دی‌پاسکواله، پرداز‌شگر تصویر ارشد جیمز وب در مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی در بالتیمور مریلند، انتشار این عکس لحظه‌ی «آسودگی» و «شکرگزاری» پس از ماه‌ها تلاشی بود که به‌باور او، مسئولیتی احساسی محسوب می‌شد.

به‌نقل از نیوساینتیست، دی‌پاسکواله درباره‌ی لحظه‌ی کار روی یکی از نخستین عکس‌های دانلود‌شده از تلسکوپ گفت:

واقعاً در بحر جزئیات رفته بودم. سپس در نقطه‌ای یک قدم به عقب رفتم و خود را از سطح پیکسل بیرون کشیدم و به تصویر به‌عنوان یک کل نگاه کردم. این تجربه‌ای به‌شدت تأثیرگذار بود... به‌معنای واقعی کلمه پشت میزم نشسته بودم و به نخستین تصویر رنگی واقعی از جیمز وب نگاه می‌کردم و می‌دانستم نخستین شخص در جهان هستم که این عکس را دیده است. آن لحظه واقعاً برایم شگفت‌انگیز بود.

تصاویری که دی‌پاسکواله و آلیسا پیگن، همکار او، پردازش می‌کردند، از فاصله‌ی ۱٫۵ میلیون کیلومتری فضا به‌عنوان جریانی از صفرها و یک‌ها به زمین ارسال شدند. این اطلاعات باینری سپس در مؤسسه‌ی علوم تلسکوپ فضایی به‌شکل فایل تصویری درآمدند؛ اما این تصاویر خام با آنچه هفته‌ی گذشته مشاهده کردیم، بسیار تفاوت دارند.

در ابتدا، داده‌های خام دامنه دینامیکی بسیار زیادی دارند؛ یعنی اغلب جزئیات در مناطق تاریک تصویر گنجانده شده‌اند. دی‌پاسکواله می‌گوید:

وقتی برای نخستین‌بار آن عکس را باز می‌کنید، اساساً مانند صفحه‌ی خالی و صرفاً سیاه به‌نظر می‌آید. سپس نرم‌افزار پردازش تصویر، عکس را روشن می‌کند تا ظرافت‌های پنهان درون آن آشکار شود.

بااین‌حال، تصاویر حاصله سیاه‌و‌سفید هستند؛ زیرا آشکارسازها در ابزارهای تلسکوپ فضایی جیمز وب فقط داده‌های تک‌رنگ (مونوکروم) می‌سازند. برای ایجاد نماهای رنگی، تیم تلسکوپ باید طول موج‌های فیلترشده‌ی مختلف نور فروسرخ را که تلسکوپ به‌صورت تک‌رنگ می‌گیرد، با سه رنگ اصلی قرمز و سبز و آبی مرتبط کند. با ترکیب سه تصویر به‌دست‌آمده که نواحی روشن و تاریکشان اکنون نشانگر سهم هریک از آن رنگ‌های اختصاص‌یافته است، تصویر تمام‌رنگی نهایی شکل می‌گیرد.

برای آشنایی دقیق‌تر با نحوه‌ی پردازش تصاویر فضایی این مقاله را مطالعه کنید: تصاویر فضایی سیاه و سفید هستند؛ با فرایند جذاب رنگ‌آمیزی آن‌ها آشنا شوید.

دی‌پاسکواله می‌گوید سایه‌هایی که از این ترکیب پدید می‌آیند، به این بستگی دارد که کدام‌یک از ابزارهای تلسکوپ استفاده شده است. نیرکم (دوربین اصلی جیمز وب) تصاویری تولید می‌کند که بسته به جسم هدف، رنگ‌های قهوه‌ای خاکی و آبی تیره بیشتری دارند. درمقابل، میری (دوربین ثانویه‌ی جیمز وب) که در فروسرخ میانی می‌بیند، آسمان را به‌صورت کاملاً متفاوتی مشاهده و رنگ‌های بسیار جالبی تولید می‌کند که بیشتر به آبی و بنفش متمایل هستند.

تصویر زمینه ژرف وب.

یکی از جنبه‌های درخورتوجه تصاویر تلسکوپ فضایی جیمز وب ستاره‌های شش‌پری هستند که با خطی نازک به دو نیم شده‌اند. به‌گفته‌ی دی‌پاسکواله، به‌تصویرکشیدن ستارگان بدین‌شکل، ویژگی منحصربه‌فرد جیمز وب است و در مقطعی به نشانگر نمادین تصاویر این تلسکوپ تبدیل خواهد شد. شکل شش‌پر خصوصیتی است که با عنوان الگوی پراش شناخته می‌شود و ناشی از مفهومی به نام تابع نقطه گستر است.

دی‌پاسکواله در توضیح می‌گوید تابع نقطه‌‌گستر بازتاب‌دهنده‌ی روشی است که سامانه‌ی اپتیک تلسکوپ فضایی جیمز وب اثر خود را روی نور گرفته‌شده از منبعی نقطه‌ای مانند ستاره‌ای درخشان برجای می‌گذارد. او می‌افزاید شکل ستارگان در عکس‌ها به ساختار تلسکوپ بستگی زیادی دارد.

به‌عنوان مثال، اپتیک داخلی تلسکوپ فضایی هابل به‌گونه‌ای با نور تابیده از منابع نقطه‌ای برهم‌کنش می‌کند که ستارگان در تصاویر این تلسکوپ مثل نقطه‌ای به‌نظر می‌آیند که چهار خط از آن‌ها بیرون زده است؛ درحالی‌که سه‌پایه‌ی نگه‌دارنده‌ی آینه‌ی ثانویه‌ی جیمز وب موجب می‌شود که ستارگان مانند شکلی شش پر در عکس‌ها ثبت شوند.

جدا از ویژگی‌های اپتیکی تلسکوپ فضایی جیمز وب، دی‌پاسکواله می‌گوید وضوح تصاویر جیمز وب واقعاً آن‌ها را خاص می‌کند. او می‌افزاید:

این تلسکوپ با دقت و وضوح خود می‌تواند سطحی از جزئیات را به‌نمایش بگذارد که در جهان فروسرخ هرگز نمی‌توانستیم آن‌ را ببینیم.