詹姆斯·韦伯太空望远镜的照片是“真实”的吗？

当光线在宇宙中传播时，会因宇宙的膨胀而被拉伸。 这就是为什么许多最遥远的天体会在红外光中发光的原因，红外光的波长比可见光更长。 我们的肉眼看不到这种古老的光线，但詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 的设计目的就是捕捉它，从而揭示一些最早形成的星系。

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JWST 的核心包括四种科学仪器（如下所述），用于收集数据。

六个数据收集组件 . . .

孔径掩蔽： 一块穿孔金属板阻挡部分进入望远镜的光线，使其能够模拟干涉仪，干涉仪将来自多个望远镜的数据组合起来，以实现比单个透镜更高的分辨率。 这项技术揭示了非常靠近的明亮物体的更多细节，例如天空中彼此靠近的两颗恒星。

微快门阵列： 一个由 248,000 个小门组成的网格可以打开或关闭，以测量光谱——将光线分散成其组成波长——来自单个帧中最多 100 个点。

光谱仪： 光栅或棱镜将入射光分离成光谱，以揭示各个波长的强度。

相机： JWST 有三个相机——两个捕获近红外波长范围内的光，一个在中红外波长范围内工作。

积分场单元： 一种组合相机和光谱仪，可捕获图像以及每个像素的光谱，从而揭示光线在视场中的变化方式。

日冕仪：来自明亮恒星的眩光会掩盖围绕这些恒星运行的行星和碎片盘发出的微弱光线。 日冕仪是不透明的圆圈，可以阻挡明亮的星光，让较弱的信号通过。

. . . 分布在四个仪器中

精细制导传感器 (FGS)/近红外成像仪和无缝光谱仪 (NIRISS)： FGS 是一种引导相机，有助于将望远镜指向正确的方向。 它与 NIRISS 封装在一起，NIRISS 具有相机和光谱仪，可在近红外范围内拍摄图像和光谱。

近红外光谱仪 (NIRSpec)： 这种专用光谱仪可以通过其微快门阵列同时捕获 100 个光谱。 它是第一个能够同时为如此多天体进行光谱学的太空仪器。

近红外相机 (NIRCam)： NIRCam 是唯一具有日冕仪的近红外仪器，它将成为研究系外行星的关键仪器，否则系外行星的光会被附近恒星的眩光淹没。 它将捕获近红外波段的高分辨率图像和光谱。

中红外仪器 (MIRI)： 这种组合相机和光谱仪是 JWST 唯一能够看到中红外光的仪器，较冷的天体（如恒星周围的碎片盘和极其遥远的星系）会在中红外波段发出光。

照片是“真实的”吗？

科学家们必须进行调整，才能将 JWST 的原始数据转化为人眼可以欣赏的东西，但太空望远镜科学研究所的科学视觉开发人员 Alyssa Pagan 说，它的照片是“真实的”。 “如果我们身临其境，我们看到的会是这样吗？ 答案是否定的，因为我们的眼睛不是为了看红外线而设计的，而且望远镜对光线的敏感度也远高于我们的眼睛。” 从这个意义上说，望远镜增强的视觉效果比我们相对有限的眼睛更能真实地呈现这些宇宙物体的外观。 JWST 可以使用多达 27 个滤镜拍摄图像，这些滤镜可以捕获红外光谱的不同范围。 科学家首先隔离给定图像最有用的动态范围，并缩放亮度值以解锁最多的细节。 然后，他们为每个红外滤镜分配可见光谱范围内的颜色——最短的波长为蓝色，较长的波长移至绿色和红色。 将这些颜色添加在一起后，剩下的就是任何摄影师都可能进行的正常白平衡、对比度和色彩调整。

数据详情

尽管全彩图像令人着迷，但许多令人兴奋的发现都是一次显示一个波长。 在这里，NIRSpec 仪器通过不同的滤镜揭示了 Tarantula 星云的不同特征。 例如，原子氢（蓝色）发出的波长来自中心星以及环绕它的气泡。 中间是分子氢（绿色）和复杂碳氢化合物（红色）的特征。 数据表明，框架右下角的一个星团正在将尘埃和气体前沿吹向中心星。