Οι αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο βουίζουν από την προσμονή για τη νέα επιστήμη που θα είναι δυνατή μόλις ολοκληρωθεί το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το πιο ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο στον κόσμο ανάθεση. Από τότε που το τηλεσκόπιο εκτοξεύτηκε στις 25 Δεκεμβρίου 2021, έχει ξεδιπλώσει το υλικό του στην τελική του διαμόρφωση, έφτασε στην τελική του τροχιά γύρω από τον ήλιο και ολοκλήρωσε την ευθυγράμμιση των καθρεφτών του με την κύρια κάμερά του, αλλά υπάρχουν ακόμη βήματα όπως η βαθμονόμηση των οργάνων του πριν να είναι έτοιμο για επιστημονική χρήση.
Περιεχόμενα
- Ένα ολόκληρο σύστημα προς εξερεύνηση
- Κοιτάζοντας στο υπέρυθρο
- Δοκιμάζοντας τα όρια του Webb
- Γιατί ο Δίας παρέχει μια τέτοια πρόκληση
- Μελετώντας πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα και όχι μόνο
Μόλις ολοκληρωθεί η φάση ανάθεσης, η οποία πρόκειται να ολοκληρωθεί αυτό το καλοκαίρι, θα ξεκινήσουν οι επιστημονικές παρατηρήσεις. Και εδώ είναι που τα πράγματα γίνονται συναρπαστικά, καθώς η υψηλή ευαισθησία και οι υπέρυθρες δυνατότητες του τηλεσκοπίου θα το επιτρέψουν να παρατηρούν εξαιρετικά μακρινά αντικείμενα, ακόμη πιο αμυδρά από αυτά που παρατηρούνται από τα τρέχοντα διαστημικά τηλεσκόπια όπως Χαμπλ. Θα εγκαινιάσει μια νέα εποχή αστρονομικών παρατηρήσεων και θα μπορούσε να βοηθήσει στη διερεύνηση θεμάτων όπως ευρείας εμβέλειας ως προς το πώς σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες και εάν οι πλανήτες σε άλλα αστρικά συστήματα έχουν ατμόσφαιρες ή όχι.
Δεκατρία έργα έχουν επιλεγεί για να δοκιμαστούν οι δυνατότητες αυτού του ολοκαίνουργιου τηλεσκοπίου τους πρώτους πέντε μήνες του λειτουργίες, και όπως μπορείτε να φανταστείτε, ο ανταγωνισμός για το ποια έργα θα έπρεπε να λάβουν τις πρώτες πληροφορίες για αυτό το νέο εργαλείο ήταν άγριος.
Σχετίζεται με
- Δείτε την εκπληκτική εικόνα που τράβηξε ο James Webb για να γιορτάσει τα πρώτα του γενέθλια
- Ένας γαλαξίας, δύο όψεις: δείτε μια σύγκριση εικόνων από το Hubble και το Webb
- Ο Κρόνος όπως δεν τον έχετε ξαναδεί, καταγράφηκε από το τηλεσκόπιο Webb
Οι περισσότεροι απο Επιλέχθηκαν 13 έργα θα κοιτάξει μακρινά αντικείμενα όπως μαύρες τρύπες ή μακρινούς γαλαξίες. Αλλά ένα έργο θα φαίνεται πιο κοντά στο σπίτι - στον Δία, ακριβώς στην κοσμική αυλή μας.
Προτεινόμενα βίντεο
Για να μάθετε τι ελπίζουν να ανακαλύψουν οι ερευνητές για αυτόν τον μεγάλο, όμορφο γίγαντα αερίου και να μάθετε γιατί ένας τόσο κοντινός στόχος χρησιμοποιείται για να δοκιμάσει ένα τόσο ισχυρό τηλεσκόπιο, μιλήσαμε με τον αστρονόμο του Μπέρκλεϊ Ίμκε ντε Πάτερ, επικεφαλής της παρατήρησης του Δία ομάδα.
Ένα ολόκληρο σύστημα προς εξερεύνηση
Σε σύγκριση με τους μακρινούς εξωπλανήτες ή ακόμα και με τους πιο απομακρυσμένους γίγαντες πάγους στο ηλιακό μας σύστημα, οι αστρονόμοι γνωρίζουν πολλά για τον Δία. Έχουμε πλήθος δεδομένων για τον πλανήτη χάρη τόσο στις παρατηρήσεις από επίγεια τηλεσκόπια όσο και σε αποστολές όπως το Galileo, το οποίο περιφερόταν γύρω από τον πλανήτη μέχρι το 2003, και Ήρα που εξακολουθεί να περιφέρεται εκεί τώρα.
Αλλά όπως συμβαίνει συχνά με την επιστήμη, κάθε στοιχείο που λαμβάνουμε για τον πλανήτη μπορεί να εγείρει περισσότερα ερωτήματα. «Ήμασταν εκεί με πολλά διαστημόπλοια και παρατηρήσαμε τον πλανήτη με το Hubble και πολλά επίγεια τηλεσκόπια σε μήκη κύματος σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα (από την υπεριώδη ακτινοβολία έως τα μέτρα μήκη κύματος), επομένως μάθαμε πολλά για τον ίδιο τον Δία, την ατμόσφαιρά του, το εσωτερικό του και για τα φεγγάρια και τους δακτυλίους του», είπε ο de Πατήρ. "Όμως κάθε φορά που μαθαίνετε περισσότερα, υπάρχουν πράγματα που δεν καταλαβαίνετε ακόμη - επομένως χρειάζεστε πάντα περισσότερα δεδομένα."
Μερικές από τις μεγαλύτερες ανοιχτές ερωτήσεις που έχουμε για τον Δία αφορούν αυτόν ατμόσφαιρα, όπως το πώς κινείται η θερμότητα μεταξύ των στρωμάτων της ατμόσφαιρας και πώς η ατμόσφαιρα αλληλεπιδρά με τη μαγνητόσφαιρα.
Αλλά η ομάδα δεν θα κοιτάξει μόνο τον ίδιο τον Δία, εξερευνώντας λεπτομέρειες όπως η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα (μια ταραχώδης καταιγίδα τόσο μεγάλη ότι μπορεί να θεωρηθεί ως ένα σημείο αρκετά μεγάλο για να καταπιεί ολόκληρη τη Γη) και τον νότιο πόλο του πλανήτη (με το χαρακτηριστικό του σέλας). Θα κοιτάξουν επίσης ολόκληρο το σύστημα του Jovian, συμπεριλαμβανομένων των αμυδρά δακτυλίων του πλανήτη και των φεγγαριών του, συμπεριλαμβανομένων της Ιώ και του Γανυμήδη.
Καθένας από αυτούς τους στόχους είναι συναρπαστικός από μόνος του — η Ιώ είναι το πιο ηφαιστειακά ενεργό μέρος στο ηλιακό σύστημα, για παράδειγμα, και ο Γανυμήδης είναι το μόνο φεγγάρι που είναι γνωστό ότι παράγει τη δική του μαγνητόσφαιρα. Στο σύνολό του, το σύστημα Jovian είναι το ιδανικό μέρος για να δοκιμάσετε τα όρια των δυνατοτήτων του Webb.
Κοιτάζοντας στο υπέρυθρο
Για να βοηθήσει στην εκμάθηση αυτών των πολύπλοκων θεμάτων, η ομάδα του de Pater θα επωφεληθεί από τις υπέρυθρες δυνατότητες του James Webb, οι οποίες επιτρέπουν στους ερευνητές να κοιτάξουν βαθύτερα στην ατμόσφαιρα του πλανήτη.
Αυτές οι δυνατότητες καθιστούν δυνατή τη μελέτη της ατμόσφαιρας πέρα από αυτό που θα ήταν δυνατό κοιτάζοντας το μήκος κύματος του ορατού φωτός. «Στο ορατό εύρος μήκους κύματος, βασικά βλέπετε σύννεφα», εξήγησε. «Στα υπέρυθρα μήκη κύματος, μπορείτε να ανιχνεύσετε πάνω από τα σύννεφα και κάτω από τα σύννεφα, ανάλογα με το μήκος κύματος. Σε διαφορετικά μήκη κύματος μπορείτε να δείτε διαφορετικά ύψη στην ατμόσφαιρα, ανάλογα με την αδιαφάνεια στην ατμόσφαιρα ατμόσφαιρα (δηλαδή πόσο «φως» απορροφάται στο συγκεκριμένο μήκος κύματος καθορίζει πόσο βαθιά μπορεί κανείς να κοιτάξει στο πλανήτης)."
Ιδιαίτερα χρήσιμα για αυτήν την έρευνα θα είναι τα μήκη κύματος μεσαίου υπέρυθρου, τα οποία μπορούν να προβληθούν χρησιμοποιώντας το MIRI του Webb ή το όργανο μεσαίας υπέρυθρης ακτινοβολίας.
«Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα βρίσκεται στα μήκη κύματος των μεσαίων υπέρυθρων», εξήγησε ο de Pater. «Μπορούμε να παρατηρήσουμε σε μερικά από αυτά τα μήκη κύματος από το έδαφος, αλλά η ατμόσφαιρα της Γης είναι τόσο ταραγμένη που ό, τι παίρνουμε στο έδαφος, δεν μπορούμε να βαθμονομήσουμε τις παρατηρήσεις πολύ καλά». Αυτό σημαίνει περισσότερη αβεβαιότητα στο δεδομένα; ένα πρόβλημα που επιδεινώνεται από την υπέρυθρη ακτινοβολία φόντου στη Γη.
Αλλά με ένα διαστημικό τηλεσκόπιο όπως ο Τζέιμς Γουέμπ, δεν υπάρχει ατμόσφαιρα και λιγότερη ακτινοβολία υποβάθρου που να εμποδίζει, και αυτό σημαίνει ότι τα δεδομένα που συλλέγονται θα είναι πολύ πιο ακριβή. Επιπλέον, το Webb προσφέρει εξαιρετική σταθερότητα, που σημαίνει ότι μπορεί να δείχνει προς έναν στόχο και να μην ταλαντεύεται, χάρη στην τοποθέτησή του στο διάστημα. Όλα αυτά σημαίνουν ότι μπορεί να συλλέξει μερικά από τα πιο ακριβή δεδομένα για τον Δία.
Δοκιμάζοντας τα όρια του Webb
Κατά την αξιολόγηση των προτάσεων για το πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ο James Webb, εξήγησε ο de Pater, η επιτροπή αποφάσισε ποια έργα να συνεχίσουν πρώτα ήθελαν να δουν τις ιδέες της κοινότητας της αστρονομίας σχετικά με το τι θα μπορούσε το τηλεσκόπιο κάνω. «Έτσι, αναζήτησαν πραγματικά έργα που ώθησαν το JWST στα άκρα», είπε. «Αυτό κάνει το έργο μας».
Θα χρησιμοποιήσουν και τα τέσσερα όργανα του Webb σε διαφορετικούς συνδυασμούς για διαφορετικούς στόχους στο σύστημα, για να διαλέξουν διαφορετικά χαρακτηριστικά όπως ηφαίστεια, δακτυλίους και στρώματα της ατμόσφαιρας του πλανήτη.
Το σχέδιο ήταν να παρατηρήσουμε τον Δία, τους δακτυλίους του και τα φεγγάρια του την Ίο και τον Γανυμήδη, αλλά αρκετά χρόνια μετά την υποβολή της ομάδας η πρότασή τους προέκυψε ένα απροσδόκητο πρόβλημα — το τηλεσκόπιο ήταν στην πραγματικότητα πολύ ευαίσθητο για μεγάλο μέρος της προγραμματισμένης εργασίας Ζεύς. «Το τηλεσκόπιο ήταν πολύ πιο ευαίσθητο από ό, τι περίμεναν, οπότε έπρεπε να αλλάξουμε έναν αριθμό από τις παρατηρήσεις μας στον Δία – και μπορούμε να κάνουμε λιγότερα στον ίδιο τον Δία από ό, τι περιμέναμε αρχικά».
Αλλά η ομάδα ήξερε ακόμα ότι μπορούσε να πάρει πολύτιμα δεδομένα και να βρει τρόπους να κάνει τη δουλειά που ήθελε. Άλλαξαν παράγοντες όπως ποια φίλτρα θα χρησιμοποιούσαν και εξέτασαν μικρότερα οπτικά πεδία.
Γιατί ο Δίας παρέχει μια τέτοια πρόκληση
Η ιδέα ότι ένα τηλεσκόπιο είναι πολύ ευαίσθητο μπορεί να ακούγεται αντιφατική. Σκεφτείτε το όμως σαν να τραβάτε μια φωτογραφία ενώ κοιτάτε τον ήλιο: Όλα τα χρώματα ξεφουσκώνουν, ώστε τα πάντα να φαίνονται λευκά και ξεθωριασμένα και είναι δύσκολο να δείτε καμία λεπτομέρεια. Το φως που προέρχεται από τον ήλιο είναι πολύ φωτεινό, οδηγώντας σε υπερβολική έκθεση.
Το ίδιο συμβαίνει όταν μελετάμε αστρονομικά σώματα. Οι πλανήτες δεν εκπέμπουν πολύ φως σε σύγκριση με τα αστέρια, καθώς δεν παράγουν φως από μόνοι τους, αλλά απλώς αντανακλούν το φως από τα αστέρια τους. Αυτό κάνει τους πλανήτες πολύ πιο αμυδρά από τα αστέρια συνολικά. Αλλά όταν κοιτάζετε μικροσκοπικές λεπτομέρειες ή ψάχνετε για ακόμη μικρότερα σώματα όπως φεγγάρια ή λεπτές λεπτομέρειες όπως δαχτυλίδια, τότε το φως από έναν πλανήτη μπορεί να δημιουργήσει λάμψη στα δεδομένα που συλλέγετε.
Αυτή είναι η μεγάλη πρόκληση όταν χρησιμοποιείτε το Webb για τη μελέτη των φεγγαριών ή των δακτυλίων του Δία: Προσπαθώντας να αφήσετε το φως από τον πλανήτη, ώστε αυτά τα μικρά αντικείμενα να μπορούν να φαίνονται λεπτομερώς. Ο Δίας είναι ένα από τα φωτεινότερα αντικείμενα στον ουρανό, επομένως αυτό δεν είναι εύκολο έργο.
Ευτυχώς, οι αστρονόμοι έχουν μεγάλη εμπειρία στην παρατήρηση πλανητικών δακτυλίων χρησιμοποιώντας άλλα εργαλεία όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. «Έτσι χρησιμοποιούμε αυτή τη γνώση για τις παρατηρήσεις του JWST», εξήγησε ο de Pater. Η ομάδα θα παρατηρήσει τους δακτυλίους σε διαφορετικές «γωνίες κύλισης», που σημαίνει ότι οι δακτύλιοι θα μετατοπιστούν σε ελαφρώς διαφορετικούς προσανατολισμούς στον ανιχνευτή. Παρατηρώντας τους δακτυλίους σε διαφορετικές γωνίες, μπορούν να δουν πώς το διάσπαρτο φως από τον πλανήτη πέφτει στους δακτυλίους. Τότε αυτό το φως μπορεί να αφαιρεθεί, αφήνοντας μόνο το φως από τους ίδιους τους δακτυλίους.
Μελετώντας πλανήτες στο ηλιακό μας σύστημα και όχι μόνο
Η χρήση του Webb για τη μελέτη του Δία δεν είναι μόνο ένας τρόπος να δοκιμάσετε τα όρια αυτού του ολοκαίνουργιου τηλεσκοπίου. Η μελέτη πλανητών στο δικό μας ηλιακό σύστημα μπορεί επίσης να βοηθήσει στην κατανόηση των πλανητών εκτός του ηλιακού μας συστήματος, που ονομάζονται εξωπλανήτες.
Ένας από τους μεγάλους στόχους της επιστήμης των εξωπλανητών σήμερα είναι να προχωρήσει πέρα από την αναγνώριση ενός πλανήτη και την εκτίμησή του μέγεθος ή μάζα και για να αποκτήσετε μια πιο ολοκληρωμένη κατανόησή του εξετάζοντας εάν έχει ένα ατμόσφαιρα.
Αλλά για να κατανοήσουμε τους πλανήτες σε μακρινά συστήματα, βοηθάει να κατανοήσουμε τους πλανήτες στα δικά μας. Ο Webb θα εξετάσει τις ατμόσφαιρες των μακρινών γιγάντων αερίων, τις οποίες μπορούμε στη συνέχεια να συγκρίνουμε με όσα γνωρίζουμε για τις ατμόσφαιρες του Δία και του Κρόνου.
Επιπλέον, χρησιμοποιώντας το Webb για τη μελέτη του Δία, η ομάδα του de Pater θα αναπτύξει ένα σύνολο εργαλείων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν από άλλους στην αστρονομική κοινότητα για τη μελέτη άλλων πλανητών το ηλιακό μας σύστημα και δώστε μια γεύση από το τι θα μπορούσε να ανακαλύψει ο Webb για αυτούς — συμπεριλαμβανομένων των συναρπαστικών και σπάνια μελετημένων μακρινών πλανητών του Ουρανού και Ποσειδώνας.
«Η ομάδα μας θα αναπτύξει λογισμικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για το σύστημα Jovian, αλλά και για το σύστημα του Κρόνου, για τον Ουρανό και τον Ποσειδώνα. Και μπορούμε να δείξουμε στους ανθρώπους τι μπορείτε να περιμένετε με βάση τις παρατηρήσεις μας», είπε ο de Pater. «Σίγουρα είναι ένας δρομέας με αυτόν τον τρόπο».
Συστάσεις των συντακτών
- Να γιατί οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η ζωή μπορεί να έχει ευδοκιμήσει στον «πλανήτη της κόλασης» Αφροδίτη
- Μεγεθύνετε την εκπληκτική εικόνα του James Webb για να δείτε έναν γαλαξία που σχηματίστηκε πριν από 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια
- Ο Τζέιμς Γουέμπ εντοπίζει την πιο μακρινή ενεργή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα που έχει ανακαλυφθεί ποτέ
- Ο James Webb εντοπίζει ενδείξεις για τη μεγάλης κλίμακας δομή του σύμπαντος
- Ο James Webb ανιχνεύει σημαντικό μόριο στο εκπληκτικό νεφέλωμα του Ωρίωνα
