Cara Kerja Teleskop Luar Angkasa: Cermin, Panjang Gelombang, dan Melihat Sejarah Kosmos

Setiap teleskop luar angkasa melakukan pekerjaan dasar yang sama: mengumpulkan sebanyak mungkin cahaya dari sumber yang redup dan jauh dan memfokuskannya ke detektor. Bagaimana cahaya dikumpulkan, dan panjang gelombang mana yang dapat ditangkap, tergantung pada desain cermin dan di mana teleskop berada di ruang angkasa, menurut ikhtisar sains teleskop NASA.

Mengapa menempatkan teleskop di luar angkasa sama sekali

Teleskop berbasis darat melihat melalui atmosfer Bumi, di mana saku udara yang bergeser mengubah cahaya yang masuk — efek yang sama yang membuat bintang tampak berkedip. Halaman program Hubble NASA menjelaskan bahwa gerakan ini mengaburkan gambar yang diambil dari darat dan bahwa atmosfer juga menyerap sebagian besar radiasi ultraviolet dan inframerah sebelum mencapai permukaan.

Dengan mengorbit sekitar 300 mil di atas Bumi, Hubble menghindari pengaburan atmosfer itu dan dapat mendeteksi objek sekitar sepuluh kali lebih redup daripada teleskop darat yang setara, menurut NASA. Teleskop luar angkasa juga dapat melakukan pengamatan terus-menerus, tanpa gangguan cuaca, cahaya siang, atau polusi cahaya kota.

Cermin, bukan hanya lensa

Teleskop awal menggunakan lensa kaca untuk membengkokkan cahaya, desain yang disebut refraksi. Penjelasan Telescopes 101 NASA mencatat bahwa lensa besar menjadi berat dan sulit diluncurkan, sehingga sebagian besar teleskop modern adalah teleskop refleksi yang menggunakan cermin melengkung, karena cermin dapat dibuat lebih tipis dan ringan untuk ukuran yang sama.

Dalam desain refleksi tipikal, cahaya mengenai cermin utama besar berbentuk paraboloid dan memantul ke cermin sekunder yang lebih kecil. Pada James Webb Space Telescope khususnya, deskripsi cermin Webb NASA menambahkan dua langkah lagi: cahaya dari cermin sekunder mencerminkan ke cermin tersier cekung dan kemudian ke cermin pengarah halus datar sebelum akhirnya mencapai instrumen sains.

Teleskop berbeda, cahaya berbeda

Cahaya tampak, ultraviolet, dan inframerah semuanya dapat difokuskan dengan bentuk cermin serupa tetapi lapisan berbeda. 18 segmen cermin utama heksagonal Webb, terbuat dari logam berilium dan dilapisi dengan lapisan emas 100-nanometer, disesuaikan khusus untuk mencerminkan cahaya inframerah secara efisien, menurut deskripsi cermin Webb NASA. Hubble, sebaliknya, dibangun untuk mengumpulkan cahaya ultraviolet, tampak, dan dekat-inframerah, kata NASA.

Sinar-X berperilaku berbeda: mereka akan menembus atau diserap oleh cermin biasa, seperti peluru yang mengenai dinding, Chandra X-ray Center di Harvard menjelaskan. Cermin Chandra malah berbentuk seperti barel silinder bersarang yang dilapisi dengan iridium, memantulkan sinar-X hanya pada sudut 'grazing' yang dangkal daripada head-on, kata pusat. Chandra menggunakan empat pasang cermin bersarang, delapan cermin total, dipoles dan diselaraskan dalam 1,3 mikrometer.

Sinar gamma bahkan lebih energik dan melewati optik konvensional sama sekali. NASA mencatat bahwa teleskop sinar gamma seperti Fermi malah menggunakan detektor yang melacak partikel yang diproduksi ketika sinar gamma mengenai bahan padat seperti tungsten, merekonstruksi asal sinar dari jejak partikel tersebut daripada memfokuskan sinar dengan cermin.

Mengapa lokasi penting: orbit Webb yang jauh

Webb tidak mengorbit Bumi dengan dekat seperti yang dilakukan Hubble. Halaman misi NASA mengatakan Webb berputar di sekitar titik Sun-Earth Lagrange kedua, L2, sekitar 1,5 juta kilometer dari Bumi, menyelesaikan satu sirkuit kira-kira setiap enam bulan. Di lokasi itu, Matahari, Bumi, dan Bulan tetap di satu sisi pesawat ruang angkasa, memungkinkan perisai panas seukuran lapangan tenis Webb memblokir panas dan cahaya mereka secara terus-menerus.

Perlindungan itu sangat penting karena Webb mengamati cahaya inframerah, yang pada dasarnya panas. NASA menyatakan teleskop beroperasi pada suhu yang sangat dingin — sekitar minus 370 derajat Fahrenheit, menurut halaman orbit Webb — sehingga kehangatan yang tersesat dari Matahari atau Bumi tidak membanjiri detektor dengan kebisingan inframerah dan mengurangi sinyal yang lemah dari galaksi jauh.

Melihat masa lalu, bukan hanya yang jauh

Karena cahaya bergerak dengan kecepatan tetap yang terbatas, melihat lebih jauh ke luar angkasa berarti melihat lebih jauh ke belakang dalam waktu. Ikhtisar sains Webb NASA mencatat teleskop dapat mendeteksi cahaya inframerah dari galaksi lebih dari 13,5 miliar tahun cahaya jauh — berarti cahaya yang ditangkap hari ini meninggalkan galaksi tersebut lebih dari 13,5 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta masih muda. Mengamati cahaya, pada kenyataannya, menunjukkan objek seperti yang ada pada waktu cahaya berangkat, bukan seperti yang terlihat sekarang.

Webb membawa empat instrumen sains untuk menganalisis cahaya kuno itu: NIRCam dan NIRSpec untuk pencitraan dan spektroskopi dekat-inframerah, MIRI untuk pengamatan inframerah menengah, dan Sensor Bimbingan Halus yang dipasangkan dengan instrumen NIRISS, menurut ikhtisar teleskop NASA.

Dari cermin ke gambar di Bumi

Teleskop luar angkasa modern tidak menggunakan film fotografi. Penjelas NASA tentang cara kerja teleskop menyatakan bahwa cahaya yang difokuskan oleh cermin jatuh pada detektor elektronik, yang mengubahnya menjadi sinyal digital. Sinyal tersebut disimpan oleh komputer onboard dan ditransmisikan ke stasiun darat di Bumi, di mana para ilmuwan merekonstruksi data menjadi gambar yang dirilis ke publik.