ستكون أهداف الدراسة الأولى لجيمس ويب قريبة من موطنها

يشعر علماء الفلك في جميع أنحاء العالم بالترقب للعلم الجديد الذي سيكون ممكنًا بمجرد اكتمال تلسكوب جيمس ويب الفضائي ، أقوى تلسكوب فضائي في العالم التكليف. منذ إطلاق التلسكوب في 25 ديسمبر 2021 ، نشر أجهزته في تكوينه النهائي ، ووصل إلى مداره النهائي حول الشمس ، و أكملت محاذاة مراياها مع الكاميرا الأساسية ، ولكن لا تزال هناك خطوات مثل معايرة أدواتها قبل أن تصبح جاهزة الاستخدام العلمي.

بمجرد اكتمال مرحلة التكليف ، والتي من المقرر أن تنتهي هذا الصيف ، ستبدأ الملاحظات العلمية. وهذا هو المكان الذي تصبح فيه الأشياء مثيرة ، حيث أن حساسية التلسكوب العالية وقدرات الأشعة تحت الحمراء ستمكّنه لرصد أجسام بعيدة للغاية ، حتى أكثر خفوتًا من تلك التي يتم ملاحظتها بواسطة التلسكوبات الفضائية الحالية مثل هابل. سوف تستهل حقبة جديدة من الملاحظات الفلكية ويمكن أن تساعد في التحقيق في الموضوعات مثل واسعة النطاق مثل كيفية تشكل المجرات الأولى وما إذا كانت الكواكب في أنظمة النجوم الأخرى لها أغلفة جوية أم لا.

تم اختيار ثلاثة عشر مشروعًا لاختبار قدرات هذا التلسكوب الجديد تمامًا في الأشهر الخمسة الأولى منه العمليات ، وكما يمكنك أن تتخيل ، كانت المنافسة على المشاريع التي يجب أن تحصل على أول ديبس على هذه الأداة الجديدة شرس.

أكثر من تم اختيار 13 مشروعا سوف ينظر إلى الأشياء البعيدة مثل الثقوب السوداء أو المجرات البعيدة. لكن مشروعًا واحدًا سيبدو أقرب إلى الوطن - في كوكب المشتري ، في الفناء الخلفي الكوني تمامًا.

للتعرف على ما يأمل الباحثون اكتشافه حول هذا العملاق الغازي الضخم والجميل ، ومعرفة سبب قرب هذا الهدف نسبيًا يتم استخدامه لاختبار مثل هذا التلسكوب القوي ، تحدثنا إلى عالم الفلك في بيركلي إمكي دي باتر ، قائد مراقبة كوكب المشتري فريق.

نظام كامل للاستكشاف

بالمقارنة مع الكواكب الخارجية البعيدة أو حتى الكواكب الجليدية العملاقة البعيدة في نظامنا الشمسي ، يعرف علماء الفلك الكثير عن كوكب المشتري. لدينا مجموعة كبيرة من البيانات حول الكوكب بفضل الملاحظات من التلسكوبات الأرضية والمهمات مثل Galileo ، التي دارت حول الكوكب حتى عام 2003 ، و جونو التي لا تزال تدور هناك الآن.

ولكن كما هو الحال غالبًا مع العلم ، فإن كل جزء من البيانات التي نحصل عليها عن الكوكب يمكن أن يثير المزيد من الأسئلة. "لقد كنا هناك مع العديد من المركبات الفضائية ولاحظنا الكوكب بواسطة هابل والعديد من التلسكوبات الأرضية بأطوال موجية عبر الطيف الكهرومغناطيسي قال دي باتر. "ولكن في كل مرة تتعلم فيها المزيد ، هناك أشياء لا تفهمها حتى الآن - لذلك تحتاج دائمًا إلى مزيد من البيانات."

بعض أكبر الأسئلة المفتوحة التي لدينا حول كوكب المشتري تتعلق به أَجواء، مثل كيفية انتقال الحرارة بين الطبقات في الغلاف الجوي ، وكيف يتفاعل الغلاف الجوي مع الغلاف المغناطيسي.

لكن المجموعة لن تنظر فقط إلى كوكب المشتري نفسه ، وتتعمق في التفاصيل مثل البقعة الحمراء العظيمة (عاصفة شديدة الاضطراب أنه يمكن رؤيته على أنه بقعة كبيرة بما يكفي لابتلاع الأرض بأكملها) والقطب الجنوبي للكوكب (مع ما يميزه الشفق). سوف ينظرون أيضًا إلى نظام جوفيان بأكمله ، بما في ذلك الحلقات الباهتة للكوكب وأقماره بما في ذلك آيو وجانيميد.

كل من هذه الأهداف مثير للفضول في حد ذاته - آيو هو أكثر الأماكن نشاطًا بركانيًا في النظام الشمسي ، على سبيل المثال ، وجانيميد هو القمر الوحيد المعروف بإنتاج الغلاف المغناطيسي الخاص به. بشكل عام ، يعتبر نظام Jovian هو المكان المثالي لاختبار حدود قدرات Webb.

التحديق في الأشعة تحت الحمراء

للمساعدة في التعرف على هذه الموضوعات المعقدة ، ستستفيد مجموعة دي باتر من قدرات الأشعة تحت الحمراء لجيمس ويب ، والتي تتيح للباحثين التعمق في الغلاف الجوي للكوكب.

هذه القدرات تجعل من الممكن دراسة الغلاف الجوي بما يتجاوز ما يمكن أن يكون ممكنًا من خلال النظر في الطول الموجي للضوء المرئي. وأوضحت قائلة: "في نطاق الطول الموجي المرئي ، ترى أساسًا السحب". "في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ، يمكنك التحقيق فوق السحب وتحت الغيوم ، اعتمادًا على الطول الموجي. في أطوال موجية مختلفة ، يمكنك رؤية ارتفاعات مختلفة في الغلاف الجوي ، اعتمادًا على التعتيم في الغلاف الجوي (أي مقدار "الضوء" الممتص عند الطول الموجي المعين يحدد مدى العمق الذي يمكن للمرء أن ينظر إليه في كوكب)."

سيكون مفيدًا بشكل خاص لهذا البحث هو الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة ، والتي يمكن عرضها باستخدام Webb's MIRI أو Mid-Infrared Instrument.

وأوضح دي باتر أن "الميزة الأكبر تكمن في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة". "يمكننا أن نلاحظ عند بعض هذه الأطوال الموجية من الأرض ، لكن الغلاف الجوي للأرض مضطرب جدًا لدرجة ما نحصل عليه على الأرض ، لا يمكننا معايرة الملاحظات جيدًا ". هذا يعني المزيد من عدم اليقين في بيانات؛ مشكلة تتفاقم بسبب الأشعة تحت الحمراء الخلفية على الأرض.

ولكن باستخدام التلسكوب الفضائي مثل جيمس ويب ، لا يوجد غلاف جوي وإشعاع خلفي أقل يعوق الطريق ، وهذا يعني أن البيانات التي تم جمعها ستكون أكثر دقة. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر Webb ثباتًا استثنائيًا ، مما يعني أنه يمكن أن يشير إلى الهدف وليس التردد ، وذلك بفضل موقعه في الفضاء. كل هذا يعني أنه يمكنه جمع بعض البيانات الأكثر دقة حتى الآن عن كوكب المشتري.

اختبار حدود ويب

عند تقييم المقترحات حول كيفية استخدام جيمس ويب ، أوضح دي باتر ، أن اللجنة هي التي قررت ذلك أي المشاريع التي يجب متابعتها أرادت أولاً أن ترى أفكار مجتمع علم الفلك حول ما يمكن أن يفعله التلسكوب يفعل. قالت: "لقد بحثوا حقًا عن المشاريع التي دفعت JWST إلى أقصى الحدود". "هذا ما يفعله مشروعنا."

سيستخدمون جميع أدوات Webb الأربعة في مجموعات مختلفة لأهداف مختلفة في النظام ، لاختيار ميزات مختلفة مثل البراكين والحلقات وطبقات الغلاف الجوي للكوكب.

كانت الخطة هي مراقبة كوكب المشتري وحلقاته وأقماره أيو وجانيميد ، ولكن بعد عدة سنوات من تقديم الفريق نشأت مشكلة غير متوقعة في اقتراحهم - كان التلسكوب في الواقع حساسًا للغاية بالنسبة لكثير من العمل المخطط له كوكب المشتري. "كان التلسكوب أكثر حساسية مما توقعوا ، لذلك كان علينا تغيير عدد من ملاحظاتنا على المشتري - ويمكننا أن نفعل على المشتري نفسه أقل مما توقعنا في الأصل."

لكن الفريق لا يزال يعلم أنه بإمكانه الحصول على بيانات قيمة وإيجاد طرق للقيام بالعمل الذي يريده. لقد غيروا عوامل مثل المرشحات التي سيستخدمونها ، ونظروا إلى مجالات رؤية أصغر.

لماذا يقدم كوكب المشتري مثل هذا التحدي

قد تبدو فكرة أن التلسكوب حساسًا للغاية غير منطقية. لكن فكر في الأمر مثل التقاط صورة أثناء مواجهة الشمس: تتفجر كل الألوان بحيث يظهر كل شيء باللون الأبيض ويصبح باهتًا ويصعب رؤية أي تفاصيل. الضوء القادم من الشمس شديد السطوع ، مما يؤدي إلى تعريض الصورة بشكل مفرط.

نفس الشيء يحدث عند دراسة الأجرام الفلكية. لا تصدر الكواكب الكثير من الضوء مقارنة بالنجوم ، لأنها لا تنتج الضوء الخاص بها ولكنها تعكس الضوء من نجومها فقط. هذا يجعل الكواكب أغمق بكثير من النجوم بشكل عام. ولكن عندما تنظر إلى تفاصيل دقيقة أو تبحث عن أجسام أصغر مثل الأقمار ، أو تفاصيل دقيقة مثل الحلقات ، فإن الضوء من كوكب يمكن أن يخلق وهجًا في البيانات التي تجمعها.

هذا هو التحدي الكبير عند استخدام Webb لدراسة أقمار أو حلقات كوكب المشتري: محاولة السماح للضوء من الكوكب حتى يمكن رؤية هذه الأجسام الصغيرة بالتفصيل. كوكب المشتري هو أحد ألمع الأجسام في السماء ، لذا فهذه ليست مهمة سهلة.

لحسن الحظ ، يمتلك علماء الفلك الكثير من الخبرة في مراقبة حلقات الكواكب باستخدام أدوات أخرى مثل تلسكوب هابل الفضائي. أوضح دي باتر: "لذلك نستخدم هذه المعرفة في ملاحظات JWST". سيرصد الفريق الحلقات عند "زوايا دوران مختلفة" ، مما يعني أن الحلقات ستنتقل إلى اتجاهات مختلفة قليلاً على الكاشف. من خلال مراقبة الحلقات من زوايا مختلفة ، يمكنهم رؤية كيف يسقط الضوء المنتشر من الكوكب على الحلقات. ثم يمكن طرح هذا الضوء ، تاركًا الضوء من الحلقات نفسها.

دراسة الكواكب في نظامنا الشمسي وخارجه

إن استخدام Webb لدراسة كوكب المشتري ليس مجرد طريقة لاختبار حدود هذا التلسكوب الجديد تمامًا. يمكن أن تساعد دراسة الكواكب في نظامنا الشمسي أيضًا على فهم الكواكب خارج نظامنا الشمسي ، والتي تسمى الكواكب الخارجية.

أحد الأهداف الكبيرة لعلم الكواكب الخارجية اليوم هو تجاوز تحديد الكوكب وتقديره الحجم أو الكتلة ، وبناء فهم أكثر اكتمالاً له من خلال النظر في ما إذا كان يحتوي على أَجواء.

لكن لفهم الكواكب في الأنظمة البعيدة ، من المفيد فهم الكواكب في كوكبنا. سوف يبحث Webb في أجواء عمالقة الغاز البعيدة ، والتي يمكننا بعد ذلك مقارنتها بما نعرفه عن الغلاف الجوي لكوكب المشتري وزحل.

علاوة على ذلك ، باستخدام Webb لدراسة كوكب المشتري ، سيطور فريق de Pater مجموعة من الأدوات التي يمكن استخدامها من قبل الآخرين في مجتمع علم الفلك لدراسة الكواكب الأخرى في نظامنا الشمسي ، وإعطاء لمحة عما قد يكون ويب قادرًا على اكتشافه عنهم - بما في ذلك الكواكب البعيدة المثيرة للاهتمام والتي نادرًا ما تتم دراستها من أورانوس و نبتون.

"سيقوم فريقنا بتطوير البرمجيات التي يمكن استخدامها لنظام جوفيان ، ولكن أيضًا لنظام ساتورن ، لأورانوس ونبتون. ويمكننا أن نظهر للناس ما يمكن أن تتوقعه بناءً على ملاحظاتنا ، "قال دي باتر. "إنه بالتأكيد مستكشف بهذه الطريقة."

توصيات المحررين

• إليكم سبب اعتقاد العلماء أن الحياة ربما تكون قد ازدهرت على كوكب الزهرة "الجحيم"
• تكبير الصورة المذهلة لجيمس ويب لرؤية مجرة ​​تشكلت قبل 13.4 مليار سنة
• اكتشف جيمس ويب أكثر ثقب أسود فائق الكتلة نشاطًا تم اكتشافه على الإطلاق
• يكتشف جيمس ويب أدلة على البنية الواسعة النطاق للكون
• يكتشف جيمس ويب جزيءًا مهمًا في سديم الجبار المذهل