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韋伯太空望遠鏡拍的星星 為何是八條光柱?

詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡捕捉到「宇宙最深處、最清晰的紅外線影像」。(NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO)
詹姆斯‧韋伯太空望遠鏡捕捉到「宇宙最深處、最清晰的紅外線影像」。(NASA, ESA, CSA, STScI, Webb ERO)

編譯/笛睿
隨著美國國家航空暨太空總署(NASA)近日公布一系列由詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(JWST)所拍攝的全彩圖像,人們對宇宙的探索翻開了新的篇章。照片裡面每顆星星都會發出八道光柱。這是為什麼?讓我們繼續看下去。

資深天文攝影師彼得·勞倫斯(Pete Lawrence)發表在英國廣播公司(BBC)科技專欄的文章中說,這些光柱是星光碰到鏡面邊框衍射(是指波遇到障礙物時偏離原來直線傳播的物理現象,也稱繞射)後匯總的效果。

這些光柱的數量和望遠鏡的構造緊密相關。韋伯太空望遠鏡的最大特色,是由18塊六角形的小鏡面拼湊而成的一個巨大的六角形鏡面。而在主鏡的前面,還有三面次鏡,一個是垂直朝上,另外兩個與它分別呈150度夾角。三面次鏡一起對主鏡起到了支撐的作用。

星光進入每個鏡面,都會被鏡面兩邊的邊框按照一定的角度衍射,在照片上看起來就是兩道光柱。所以,這三個次鏡的六個邊框一共會產生六道光柱。

那為什麼最終照片上的星星周圍衍生出八道光柱?事情還不是這麼簡單!這些次鏡支架衍射的星光在照片上並不明顯,而六角形主鏡邊框衍射的光線在照片上更加明顯。主鏡邊框的衍射光在照片上出現夾角都是60度的六道光柱,形態對稱。

那麼主鏡產生的六道光柱加上次鏡的六道光柱,總共會有12道衍生光柱,而最後的照片上只有八道。這是設計的效果,工程師讓次鏡產生的4道衍射光和主鏡產生的4道衍射光正好重合。由於主鏡產生的衍射光較明顯,所以次鏡產生的衍射光柱在最後的照片上看不出來。

因此,當我們仔細觀看韋伯望遠鏡所拍攝的照片上的一顆星星,較大的六道光柱來自主鏡邊框衍射的效果,兩條小一些的光柱就是來自次鏡的衍射光。越亮的星星所看到的這些光柱越明顯。

再觀察仔細一點,會發現這些光柱像虛線,勞倫斯說,這是光線的干涉造成的。在產生光柱的過程中,這些衍射光波之間有的互相加強,有的互相抵消,所以最後產生的光柱線條上各個區域光線的強弱不一,所以看起來不是均勻的實線。◇