ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡が初期宇宙を探査するのに役立つ秘密

（ダン・トリ） - 130億年前に形成された銀河からの光を観測できる機械。ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡は、そのミッションを実現するために建設されました。

「タイムマシン」が初期宇宙を探査

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡が撮影した、地球から約 270 万光年離れた星雲 NGC 604 の画像 (写真: NASA/ESA/CSSA/STScl)。

ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡は、2021年12月の打ち上げ以来、100万マイル以上地球を周回し、深宇宙の息を呑むような画像を送信してきました。

では、ウェッブが初期宇宙を探索するために時間を遡ってこれまで「見る」ことができたのはなぜでしょうか?

その秘密はウェッブの強力なカメラシステム、特に人間の目には見えない光である赤外線を捉える能力にあります。

ウェッブが遠方の銀河の写真を撮るとき、天文学者は実際には数十億年前のその銀河を観測していることになる。

銀河からの光は、望遠鏡の鏡に到達するまでに数十億年もの歳月をかけて宇宙を旅してきました。ウェッブ望遠鏡は、まるで宇宙の初期の段階を捉える「タイムマシン」のようです。

ウェッブ氏は巨大な鏡を使ってこの古代の光を集め、宇宙に関する新たな秘密を明らかにしている。

ウェッブ：熱を「見る」望遠鏡

可視光線のみを撮影するハッブル望遠鏡や従来のカメラとは異なり、ウェッブは赤外線を記録するように設計されている。

赤外線は可視光よりも波長が長いため、人間の目には見えません。しかし、ウェッブ望遠鏡はこの種の光を捉え、宇宙で最も古く、最も遠い天体を研究することができます。

赤外線カメラは、暗視ゴーグルのように、人や動物などの温かい物体から放射される赤外線を「見る」ことができます。画像の温度は華氏で測定されます（画像：NASA/JPL-Caltech）。

赤外線は人間の目には見えませんが、赤外線カメラや熱センサーなどの特殊な装置はそれを熱として検出することができます。

暗闇の中で赤外線を使って温かい物体を検知する暗視ゴーグルはその好例です。ウェッブ氏は同様の技術を星、銀河、惑星の研究にも応用しています。

ウェッブが赤外線を使用する理由は、遠方の銀河からの可視光が宇宙空間を移動するとき、宇宙の膨張により引き伸ばされるからです。

この膨張により可視光が赤外線に変換されます。その結果、宇宙の最も遠い銀河は可視光ではなく、微弱な赤外線で輝くようになります。Webbは、この種の光を検出するために特別に設計されています。

巨大な黄金の鏡：微かな光を集める

光がカメラに届く前に、ウェッブの巨大な金色の鏡で捉えられなければならない。この鏡は幅が6.5メートル以上あり、ハチの巣状に配置された18枚の小さな鏡で構成されている。

鏡面は金の薄い層で覆われていますが、これは美観を高めるためだけでなく、金が赤外線を非常によく反射するためでもあります。

この鏡は深宇宙からの光を集め、望遠鏡の機器に反射させます。鏡が大きいほど、より多くの光を集め、より遠くまで見ることができます。ウェッブの鏡は、人類が宇宙に送り込んだ最大の鏡です。

ウェッブの大型鏡は 18 枚の小さな六角形の鏡で構成され、金でコーティングされている (写真: NASA)。

NIRCamとMIRI：ウェッブの超高感度「目」

ウェッブのカメラとして機能する最も重要な2つの科学機器は、NIRCamとMIRIです。

NIRCam（近赤外線カメラ）はウェッブ宇宙望遠鏡のメインカメラで、銀河や星の素晴らしい画像を撮影します。また、コロナグラフも搭載しています。コロナグラフは星の光を遮断する装置で、明るい恒星を周回する惑星など、明るい光源の近くにある非常に暗い天体の画像を撮影することができます。

NIRCamは、近赤外線（人間の目で見える光に最も近い光）を捉え、それを様々な波長に分解することで機能します。これにより、科学者は物体の形状だけでなく、その組成も特定することができます。

宇宙の様々な物質は、特定の波長の赤外線を吸収・放出し、独自の「化学指紋」を形成します。科学者はこれらの指紋を研究することで、遠く離れた星や銀河の特性について学ぶことができます。

MIRI（中赤外線観測装置）は、より長い波長の赤外線を検出します。これは、ガス雲の中で形成中の星など、より低温で塵の多い天体の検出に特に有用です。MIRIは、生命を育む可能性のある惑星の大気中の分子の種類に関する手がかりを見つけるのにも役立ちます。

どちらのカメラも、地球で使用されている標準的なカメラよりもはるかに感度が高いです。NIRCamとMIRIは、数十億光年離れた場所から微量の熱を検知できます。もしWebbのNIRCamをあなたの目にすれば、月にいるハチの熱を観測できるでしょう。

Webb の最初の深宇宙画像: 左が MIRI 画像、右が NIRCam 画像 (画像: NASA)。

遠くの物体からの微弱な熱を検知するために、ウェッブは極低温を保つ必要があります。そのため、テニスコートほどの大きさの巨大なサンシールドを搭載しています。この5層構造のサンシールドは、太陽、地球、そして月からの熱さえも遮断し、ウェッブの温度を約マイナス223℃に保っています。

MIRIはさらに低温にする必要があるため、クライオクーラーと呼ばれる特殊な冷凍機を搭載し、マイナス266度近くまで温度を維持しています。もしウェッブが少しでも高温になると、MIRIが検出しようとしている微弱な信号が自身の熱でかき消されてしまいます。

周囲の光を鮮やかな画像に変える

光がウェッブのカメラに到達すると、検出器と呼ばれるセンサーに当たります。これらの検出器は、携帯電話のカメラのように通常の写真を撮るわけではありません。

代わりに、赤外線をデジタルデータに変換し、それを地球に送り返して科学者が処理し、フルカラー画像に変換します。

ウェッブの画像で私たちが見ている色は、カメラが直接「見ている」色ではありません。赤外線は目に見えないため、科学者は画像に何が写っているのか理解しやすくするために、異なる波長に色を割り当てています。

これらの処理された画像は、銀河や星などの構造、年齢、構成を明らかにするのに役立ちます。

ジェイムズ・ウェッブ望遠鏡は、巨大な鏡を使って目に見えない赤外線を集め、それを極低温カメラに送ることで、宇宙の始まりから銀河が形成される様子を観測できるようにした。つまり、私たちは約140億年前に何が起こったのかを見ているのだ。

出典: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/bi-mat-giup-kinh-vien-vong-james-webb-co-the-kham-pha-vu-tru-so-khai-20250710034510062.htm