अंतरिक्ष दूरबीनें कैसे काम करती हैं: दर्पण, तरंग दैर्ध्य और ब्रह्मांडीय इतिहास को देखना

हर अंतरिक्ष दूरबीन एक ही बुनियादी काम करती है: एक मंद, दूर स्रोत से जितना संभव हो सके प्रकाश एकत्र करें और इसे एक डिटेक्टर पर केंद्रित करें। यह प्रकाश कैसे एकत्र किया जाता है, और कौन सी तरंग दैर्ध्य को कैप्चर किया जा सकता है, यह दर्पणों के डिजाइन पर और अंतरिक्ष में दूरबीन कहां स्थित है इस पर निर्भर करता है, नासा के दूरबीन विज्ञान के सारांश के अनुसार।

अंतरिक्ष में दूरबीन क्यों रखी जाए

जमीन पर आधारित दूरबीनें पृथ्वी के वातावरण के माध्यम से देखती हैं, जहां हवा की गतिशील जेबें आने वाले प्रकाश को विकृत करती हैं — यही प्रभाव है जो तारों को टिमटिमाता हुआ दिखाई देता है। नासा के हबल प्रोग्राम पृष्ठ बताते हैं कि यह गति जमीन से ली गई छवियों को धुंधला करती है और वातावरण भी ज्य��दातर पराबैंगनी और अवरक्त विकिरण को सतह तक पहुंचने से पहले अवशोषित करता है।

पृथ्वी के लगभग 300 मील ऊपर की परिक्रमा करके, हबल उस वायुमंडलीय धुंधलेपन से बचता है और समकक्ष जमीन दूरबीनों की तुलना में लगभग दस गुना मंद वस्तुओं का पता लगा सकता है, नासा कहता है। अंतरिक्ष दूरबीनें मौसम, दिन के उजाले या शहर के प्रकाश प्रदूषण के हस्तक्षेप के बिना लगातार अवलोकन भी कर सकती हैं।

दर्पण, केवल लेंस नहीं

प्रारंभिक दूरबीनों ने प्रकाश को मोड़ने के लिए कांच के लेंस का उपयोग किया, एक डिजाइन जिसे अपवर्तक कहा जाता है। नासा के Telescopes 101 व्याख्याकार नोट करते हैं कि बड़े लेंस भारी हो जाते हैं और लॉन्च करने के लिए मुश्किल होते हैं, इसलिए अधिकांश आधुनिक दूरबीनें परावर्तक दूरबीनें हैं जो इसके बजाय घुमावदार दर्पण का उपयोग करती हैं, क्योंकि दर्पणों को एक ही आकार के लिए पतला और हल्का बनाया जा सकता है।

एक विशिष्ट परावर्तक डिजाइन में, प्रकाश एक बड़े प्राथमिक दर्पण पर जो पैराबोलॉइड के आकार का है, और एक छोटे द्वितीयक दर्पण की ओर उछलता है। जेम्स वेब अंतरिक्ष दूरबीन पर विशेष रूप से, नासा के वेब के दर्पणों के विवरण में दो और कदम शामिल हैं: द्वितीयक दर्पण से प्रकाश एक अवतल तृतीयक दर्पण की ओर और फिर एक सपाट सूक्ष्म स्टीयरिंग दर्पण की ओर परावर्तित होता है इससे पहले कि अंत में विज्ञान उपकरणों तक पहुंचे।

विभिन्न दूरबीनें, विभिन्न प्रकाश

दृश्यमान, पराबैंगनी और अवरक्त प्रकाश सभी को समान दर्पण आकार के साथ लेकिन विभिन्न कोटिंग के साथ केंद्रित किया जा सकता है। वेब के 18 षट्भुज प्राथमिक दर्पण खंड, बेरिलियम धातु से बने और सोने की 100-नैनोमीटर परत से लेपित, अवरक्त प्रकाश को प्रभावी ढंग से प्रतिबिंबित करने के लिए विशेष रूप से ट्यून किए गए हैं, नासा के वेब के दर्पणों के विवरण के अनुसार। हबल, इसके विपरीत, पराबैंगनी, दृश्यमान और निकट-अवरक्त प्रकाश को एकत्र करने के लिए बनाया गया है, नासा कहता है।

एक्स-रे अलग तरीके से व्यवहार करते हैं: वे एक सामान्य दर्पण में बस प्रवेश कर जाएंगे या अवशोषित हो जाएंगे, ठीक वैसे ही जैसे गोलियां दीवार से टकराती हैं, हार्वर्ड में Chandra X-ray Center समझाता है। चंद्रा के दर्पण इसके बजाय नीड़ित बेलनाकार बैरल की तरह आकार के हैं जो इरिडियम से लेपित हैं, एक्स-रे को केवल एक उथली 'चराई' कोण पर परावर्तित करते हैं सीधे नहीं, केंद्र कहता है। चंद्रा चार नीड़ित दर्पण जोड़े का उपयोग करता है, कुल आठ दर्पण, 1.3 माइक्रोमीटर के भीतर पॉलिश और संरेखित किए गए।

गामा किरणें और भी अधिक ऊर्जावान हैं और पारंपरिक ऑप्टिक्स के बिल्कुल सीधे गुजरती हैं। नासा नोट करता है कि गामा-रे दूरबीनें जैसे फर्मी इसके बजाय डिटेक्टर का उपयोग करते हैं जो कणों को ट्रैक करते हैं जब गामा किरणें टंगस्टन जैसी सघन सामग्री से टकराती हैं, उन कण ट्रैक से किरण की उत्पत्ति का पुनर्निर्माण करते हैं बजाय दर्पण के साथ किरणों को केंद्रित करने के।

स्थान क्यों महत्वपूर्ण है: वेब की दूर कक्षा

वेब पृथ्वी के करीब कक्षा में नहीं जाता जैसे हबल करता है। नासा का मिशन पृष्ठ कहता है कि वेब दूसरे सूर्य-पृथ्वी लैग्रेंज बिंदु, L2 के चारों ओर लूप करता है, पृथ्वी से लगभग 1.5 मिलियन किलोमीटर दूर, प्रत्येक लगभग छह महीने में एक सर्किट पूरा करता है। उस स्थान पर, सूर्य, पृथ्वी और चंद्रमा अंतरिक्ष यान के एक ओर रहते हैं, वेब को अपनी टेनिस-कोर्ट-आकार की सनशील्ड उनकी गर्मी और प्रकाश को लगातार अवरुद्ध करने देता है।

यह ढाल आवश्यक है क्योंकि वेब अवरक्त प्रकाश का अवलोकन करता है, जो अनिवार्य रूप से गर्मी है। नासा कहता है दूरबीन अत्यंत ठंडे तापमान पर संचालित होती है — वेब के कक्षा पृष्ठ के अनुसार लगभग माइनस 370 डिग्री फारेनहाइट — ताकि सूर्य या पृथ्वी से कोई भटकी हुई गर्मी डिटेक्टर को अवरक्त शोर से बाढ़ न दे और दूर आकाशगंगाओं से कमजोर संकेतों को अभिभूत न करे।

अतीत को देखना, केवल दूर को नहीं

क्योंकि प्रकाश एक निश्चित, सीमित गति से यात्रा करता है, अंतरिक्ष में अधिक दूर देखने का मतलब समय में अधिक पीछे देखना है। नासा के वेब के विज्ञान सारांश नोट करते हैं दूरबीन 13.5 अरब प्रकाश-वर्ष से अधिक दूर आकाशगंगाओं से अवरक्त प्रकाश का पता लगा सकती है — जिसका मतलब है कि आज कैप्चर की जा रही प्रकाश 13.5 अरब वर्ष पहले उन आकाशगंगाओं से निकली थी, जब ब्रह्मांड युवा था। प्रकाश को देखना, प्रभाव में, वस्तु को इस तरह दिखाता है जैसे वह उस समय मौजूद थी जब प्रकाश निकला था, अब कैसी दिखती है इससे नहीं।

वेब उस प्राचीन प्रकाश का विश्लेषण करने के लिए चार विज्ञान उपकरण ले जाता है: NIRCam और NIRSpec निकट-अवरक्त इमेजिंग और स्पेक्ट्रोस्कोपी के लिए, MIRI मध्य-अवरक्त अवलोकन के लिए, और NIRISS उपकरण के साथ जोड़ा गया एक Fine Guidance Sensor, नासा के दूरबीन सारांश के अनुसार।

दर्पण से पृथ्वी पर छवि तक

आधुनिक अंतरिक्ष दूरबीनें फोटोग्राफिक फिल्म का उपयोग नहीं करती हैं। नासा के दूरबीनें कैसे काम करती हैं इस पर व्याख्याकार बताता है कि दर्पणों द्वारा केंद्रित प्रकाश इलेक्ट्रॉनिक डिटेक्टर पर पड़ता है, जो इसे डिजिटल सिग्नल में परिवर्तित करते हैं। ये सिग्नल ऑनबोर्ड कंप्यूटर द्वारा संग्रहीत किए जाते हैं और पृथ्वी पर जमीन स्टेशनों को प्रेषित किए जाते हैं, जहां वैज्ञानिक डेटा को सार्वजनिक रूप से जारी की गई छवियों में पुनर्निर्माण करते हैं।