出品:科普中国
作者:王善钦
监制:中国科普博览
2022年7月12日,韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,以下简称“韦布”)发布了第一批全彩色的照片。其中,一些图像上出现了八个角的“星星”。
韦布的第一张全彩色图,由近红外相机拍摄。图中出现了一些显示八角芒的天体。 图片来源:NASA, ESA, CSA, STScI
为什么韦布会拍出这样的八角星?韦布照片里的八角星都是恒星吗?为什么不同波长的图像中的芒角的明显程度不同?这里,就让我们去揭开这些问题的答案。
一、韦布为什么会拍出八角星?
这些八角星的八个芒角是由光的衍射导致。光的衍射指的是光绕过障碍物传播的现象。对于反射望远镜,主镜面负责将星光反射到副镜面,后者进一步将光反射后传递给探测器/相机或第三个镜面。在望远镜的实际观测中,主镜面自身与副镜的支架都会引起衍射现象。
韦布空间望远镜的结构,衍射与主镜、副镜及其支架均有关系 图片来源:NASA
主镜面的衍射由其边缘引起,产生的衍射图案由其边缘的形状决定,衍射光的方向垂直于边缘。如果主镜面是N边形的,产生的衍射光分别垂直于N条边,经过主焦面时,中心重合,形成N对(2N个)芒角。对于正N边形,如果N为偶数,N对芒角会重叠为N/2对(N个);如果N为奇数,N对芒角彼此不重叠,依然显示为N对(2N个)。如果主镜面是圆形的,就相当于无穷多条边,产生的衍射芒角就沿着半径朝外,各方向都有,从而形成同心衍射圆环,不显示芒角。
不同形状的主镜面产生不同形状、不同数目的芒角。 图片来源:Cmglee
光照射副镜支架,也会产生衍射现象。如果副镜面的支架有N条边,也会产生垂直于边的衍射光,经过主焦面后也形成N对(2N个)芒角。只要支架的某两条边在主镜的投影位于同一直线或平行,对应的芒角也会重叠,导致芒角数目减少,如下图。