Δείτε τι θα παρατηρήσει στη συνέχεια το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb

Ο κόσμος συγκεντρώθηκε την περασμένη εβδομάδα σε μια σπάνια παράσταση διεθνούς ενότητας για να κοιτάξει με απορία πρώτες επιστημονικές εικόνες που παράγεται από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb. Δεκαετίες στη δημιουργία και το αποτέλεσμα των προσπαθειών χιλιάδων ανθρώπων από όλο τον κόσμο, το Το τηλεσκόπιο πρόκειται να φέρει επανάσταση στην αστρονομία επιτρέποντάς μας να κοιτάξουμε βαθύτερα από ποτέ στον κόσμο πριν.

Το Webb έχει τον μεγαλύτερο καθρέφτη που εκτοξεύτηκε ποτέ στο διάστημα, καθώς και τη μεγαλύτερη ηλιοπροστασία και είναι το πιο ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ. Οι πρώτες εικόνες είναι απλώς μια γεύση του τι είναι ικανό να κάνει αυτό το αξιόλογο κομμάτι της τεχνολογίας. Για να μάθουμε λοιπόν περισσότερα σχετικά με το τι θα επιτρέψει η μελλοντική επιστημονική έρευνα από αυτό το μεγαθήριο, μιλήσαμε με τον Mark McCaughrean, Διεπιστημονικό Επιστήμονα Webb στην Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος.

Ο McCaughrean θα είναι ένας από τους πρώτους ερευνητές που θα χρησιμοποιήσει τον Webb για την εργασία του Νεφέλωμα Ωρίωνα, και ασχολείται με τον σχεδιασμό του τηλεσκοπίου για περισσότερα από 20 χρόνια. Μας είπε όλα για το πώς ο Webb θα ωθήσει τα σύνορα της αστρονομίας και θα επιτρέψει ανακαλύψεις που δεν έχουμε καν αρχίσει να φανταζόμαστε.

Βλέποντας το σύμπαν στο υπέρυθρο

Όταν οι αστρονόμοι άρχισαν να φαντάζονται για πρώτη φορά τον Webb τη δεκαετία του 1980, είχαν ένα συγκεκριμένο σχέδιο στο μυαλό τους: Ήθελαν ένα ερευνητικό εργαλείο κοσμολογίας για να κοιτάξουν πίσω στους πρώτους γαλαξίες στο σύμπαν.

Οι επιστήμονες γνώριζαν ότι αυτοί οι πρώιμοι γαλαξίες ήταν εκεί έξω και ήταν κοντά στο να είναι προσβάσιμοι σε εμάς επειδή το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble είχε παρατηρήσει μερικούς πολύ πρώιμους γαλαξίες. Εξετάζοντας το μήκος κύματος του ορατού φωτός, το Hubble μπορούσε να αναγνωρίσει εκατοντάδες από αυτούς τους γαλαξίες, οι οποίοι σχηματίστηκαν μέσα σε μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια από τη Μεγάλη Έκρηξη. Αλλά αυτοί οι γαλαξίες είχαν ήδη σχηματιστεί, και οι ερευνητές ήθελαν να κοιτάξουν πίσω ακόμη περισσότερο, για να τους δουν να σχηματίζονται πραγματικά.

Για να γίνει αυτό, χρειάζονταν ένα εργαλείο που θα μπορούσε να κοιτάξει στο υπέρυθρο μήκος κύματος, πέρα ​​από το ορατό φως. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι πρώτοι γαλαξίες έδωσαν ορατό φως όπως κάνουν οι γαλαξίες σήμερα. Αλλά το σύμπαν διαστέλλεται με την πάροδο του χρόνου και αυτό σημαίνει ότι οι γαλαξίες που βλέπουμε στον ουρανό απομακρύνονται από εμάς. Όσο μεγαλύτερος είναι ο γαλαξίας, τόσο πιο μακριά είναι. Και αυτή η απόσταση προκαλεί ένα φαινόμενο που ονομάζεται redshift.

Παρόμοια με το φαινόμενο Doppler, στο οποίο οι ήχοι αλλάζουν την αντιληπτή τους ένταση ως την απόσταση μεταξύ τους η πηγή και ο παρατηρητής αλλάζει, το μήκος κύματος του φωτός αλλάζει καθώς η πηγή του απομακρύνεται από μας. Αυτό το φως μετατοπίζεται στο πιο κόκκινο άκρο του φάσματος, εξ ου και το όνομα redshift.

Οι πολύ παλαιότεροι γαλαξίες, λοιπόν, έχουν φως που μετατοπίζεται τόσο πολύ στο κόκκινο που δεν είναι πλέον παρατηρήσιμο ως ορατό φως. Αντίθετα, είναι ορατό ως υπέρυθρο — και αυτό είναι το μήκος κύματος στο οποίο λειτουργεί ο Webb.

Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο ο Webb μπορεί να ανιχνεύσει και να αναγνωρίσει τους πιο πρώιμους γαλαξίες. Εάν ο Webb μπορεί να δει έναν γαλαξία που λάμπει έντονα στο υπέρυθρο, αλλά ο οποίος είναι αμυδρός ή αόρατος για τα τηλεσκόπια που βασίζονται κυρίως στο ορατό φως όπως το Hubble, τότε οι ερευνητές μπορούν να είναι βέβαιοι ότι έχουν βρει έναν γαλαξία που είναι εξαιρετικά μετατοπισμένος στο κόκκινο - που σημαίνει ότι είναι πολύ μακριά, και ως εκ τούτου πολύ παλαιός.

Ακόμη και στο πρώτη εικόνα σε βαθύ πεδίο από το Webb, μπορείτε να δείτε μερικούς εξαιρετικά παλιούς γαλαξίες. Το σμήνος γαλαξιών που βρίσκεται στο επίκεντρο της εικόνας είναι ηλικίας 4,6 δισεκατομμυρίων ετών, αλλά λόγω της μάζας του, κάμπτει τον χωροχρόνο γύρω του. Αυτό σημαίνει ότι το φως που προέρχεται από γαλαξίες πίσω από αυτό το σμήνος είναι επίσης λυγισμένο, έτσι το σμήνος λειτουργεί σαν μεγεθυντικός φακός σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός. Μερικοί από τους γαλαξίες που φαίνονται σε αυτό το βαθύ πεδίο είναι περίπου 13 δισεκατομμυρίων ετών, που σημαίνει ότι σχηματίστηκαν στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια του σύμπαντος.

Επέκταση για να κάνει περισσότερα

Ωστόσο, εάν ο Webb θεωρήθηκε αρχικά ως εργαλείο κοσμολογίας, σύντομα επεκτάθηκε για να γίνει πολύ περισσότερο από αυτό.

Κατά τη διάρκεια δεκαετιών σχεδιασμού για το Webb, οι σχεδιαστές συνειδητοποίησαν ότι το εργαλείο που κατασκεύαζαν θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε πολύ πιο διαφορετικά πεδία από την κοσμολογία. Πρόσθεσαν νέα όργανα, όπως το MIRI, το οποίο φαίνεται στο μεσαίο υπέρυθρο μήκος κύματος και όχι στο εγγύς υπέρυθρο και είναι πιο χρήσιμο για τη μελέτη του σχηματισμού άστρων και πλανητών παρά για την κοσμολογία. Αυτή η διαφορά φέρνει τη δική της πρόκληση όπως και αυτό το μέσο διαφορετικούς ανιχνευτές από τα άλλα όργανα και απαιτεί δικό του ψυγείο. Αλλά, μαζί με άλλα όργανα, επεκτείνει αυτό που μπορεί να κάνει ο Webb σε μια ολόκληρη σειρά δυνατοτήτων.

«Η αρχική εστίαση του τηλεσκοπίου ήταν πολύ περισσότερο στο σύμπαν υψηλής μετατόπισης προς το κόκκινο», συνόψισε ο McCaughrean. «Αυτός ήταν ο υψηλότερος στόχος, να βρούμε αυτά τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες που σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Όλα τα άλλα μετά από αυτό είναι «ωραίο να έχουμε». Αλλά κατά την πρόοδο του έργου, καταφέραμε να το μετατρέψουμε σε τέσσερα θέματα: κοσμολογία, σχηματισμός άστρων, πλανητική επιστήμη και εξέλιξη των γαλαξιών. Και βεβαιωθήκαμε ότι το αστεροσκοπείο θα ήταν ικανό για όλα αυτά».

Κάμερες και φασματογράφοι

Το Webb διαθέτει τέσσερα όργανα επί του σκάφους: την κάμερα εγγύς υπέρυθρη ή NIRCam, τη φασματογράφο εγγύς υπέρυθρη ή NIRSpec, το Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph ή NIRISS, και το Mid-Infrared Instrument ή MIRI. Υπάρχει επίσης ένας αισθητήρας που ονομάζεται Fine Guidance Sensor (FGS), ο οποίος βοηθά να στρέφεται το τηλεσκόπιο προς τη σωστή κατεύθυνση.

Τα όργανα είναι ένα μείγμα από κάμερες και φασματογράφους, τα οποία είναι όργανα για το διαχωρισμό του φωτός σε διαφορετικά μήκη κύματος, ώστε να μπορείτε να δείτε ποια μήκη κύματος έχουν απορροφηθεί. Αυτό σας επιτρέπει να δείτε από τι αποτελείται ένα αντικείμενο κοιτάζοντας το φως που εκπέμπει.

Ενώ οι εικόνες που λαμβάνονται από τις κάμερες συγκεντρώνουν τη μεγαλύτερη προσοχή του κοινού, οι φασματογράφοι δεν πρέπει να υποτιμηθούν ως επιστημονικό εργαλείο. Περίπου ο μισός από τον χρόνο παρατήρησης που διατίθεται επί του παρόντος είναι αφιερωμένος στη φασματοσκοπία, για εργασίες όπως η ανάλυση της σύνθεσης ατμοσφαιρικών εξωπλανητών. Εν μέρει, αυτό οφείλεται στο ότι χρειάζεται περισσότερος χρόνος για τη λήψη ενός φάσματος ενός αντικειμένου παρά για τη λήψη μιας εικόνας του, και εν μέρει επειδή η φασματοσκοπία μπορεί να κάνει πράγματα που η απεικόνιση δεν μπορεί.

Οι κάμερες και οι φασματογράφοι συνεργάζονται επίσης, καθώς τα φίλτρα που χρησιμοποιούνται στην απεικόνιση είναι χρήσιμα για την επιλογή αντικειμένων προς μελέτη με τους φασματογράφους.

«Φανταστείτε ότι κάνετε ένα βαθύ πεδίο, τραβώντας μερικές βαθιές εικόνες με το NIRCam», εξήγησε ο McCaughrean. «Στη συνέχεια, χρησιμοποιείς διαφορετικά φίλτρα για να επιλέξεις υποψηφίους, γιατί θα υπάρχουν πάρα πολλά πράγματα για να δούμε σε αυτό το πεδίο ένα προς ένα με φασματοσκοπία. Χρειάζεστε λοιπόν την απεικόνιση για να βρείτε τους υποψηφίους», όπως κοιτάζοντας τα χρώματα σε μια εικόνα για να αποφασίσετε ότι ένα δεδομένο αντικείμενο είναι, ας πούμε, ένας γαλαξίας υψηλής μετατόπισης στο κόκκινο και όχι ένα αμυδρό κοντινό αστέρι.

Αυτό έχει ήδη αποδειχθεί στην πράξη, με Η πρώτη εικόνα βαθιού πεδίου του Webb. Η απεικόνιση έγινε με την κάμερα NIRCam, η οποία ήταν σε θέση να συλλάβει τεράστιους αριθμούς γαλαξιών τόσο κοντά όσο και μακριά σε μια εκπληκτική εικόνα. Στη συνέχεια, συγκεκριμένοι στόχοι, όπως α γαλαξίας ηλικίας άνω των 13 δισεκατομμυρίων ετών, επιλέχθηκαν και παρατηρήθηκαν με τον φασματογράφο NIRSpec, συλλέγοντας δεδομένα σχετικά με τη σύνθεση και τη θερμοκρασία αυτού του πρώιμου γαλαξία.

«Είναι ένα τόσο όμορφο, καθαρό φάσμα», είπε ο McCaughrean. «Κανείς δεν έχει ξαναδεί κάτι τέτοιο από πουθενά. Γνωρίζουμε λοιπόν ότι αυτό το μηχάνημα λειτουργεί απίστευτα δυνατά.»

Πολλαπλές λειτουργίες

Για να κατανοήσετε τις πλήρεις δυνατότητες του Webb, θα πρέπει να γνωρίζετε ότι τα τέσσερα όργανα δεν έχουν μόνο μία λειτουργία το καθένα – μπορούν να χρησιμοποιηθούν με πολλούς τρόπους για την εξέταση διαφορετικών στόχων. Συνολικά, υπάρχουν 17 λειτουργίες μεταξύ των τεσσάρων οργάνων, και καθένα από αυτά έπρεπε να δοκιμαστεί και να επαληθευτεί πριν το τηλεσκόπιο δηλωθεί έτοιμο να ξεκινήσει επιστημονικές λειτουργίες.

Για παράδειγμα, πάρτε το όργανο NIRSpec. Μπορεί να εκτελέσει διάφορους τύπους φασματοσκοπίας, συμπεριλαμβανομένης της φασματοσκοπίας σταθερής σχισμής, η οποία είναι μια εξαιρετικά ευαίσθητη λειτουργία για τη διερεύνηση μεμονωμένων στόχων (όπως η ανάλυση του φωτός που εκπέμπεται από τη συγχώνευση άστρων νετρονίων που ονομάζονται kilonova), ή φασματοσκοπία μονάδας πεδίου, η οποία εξετάζει τα φάσματα για πολλαπλά εικονοστοιχεία σε μια μικρή περιοχή για να λάβετε πληροφορίες σχετικά με τα συμφραζόμενα για έναν στόχο (όπως να κοιτάξετε έναν εξαιρετικά μακρινό γαλαξία που έχει παραμορφωθεί από τη βαρύτητα φακός).

Ο τρίτος τύπος φασματοσκοπίας που κάνει το NIRSpec είναι κάτι πολύ ιδιαίτερο που ονομάζεται φασματοσκοπία πολλαπλών αντικειμένων. Χρησιμοποιεί μικροσκοπικά παραθυρόφυλλα διατεταγμένα σε μια μορφή που ονομάζεται συστοιχία μικροθυρίδων. «Είναι βασικά μικρές συσκευές με διάμετρο μερικά εκατοστά, από τις οποίες έχουμε τέσσερις. Σε κάθε μία από αυτές τις συσκευές, υπάρχουν 65.000 μικρά μεμονωμένα παντζούρια», είπε ο McCaughrean.

Κάθε ένα από αυτά τα παραθυρόφυλλα μπορεί να ελεγχθεί μεμονωμένα για άνοιγμα ή κλείσιμο, επιτρέποντας στους ερευνητές να επιλέξουν ποια μέρη ενός πεδίου κοιτάζουν. Για να χρησιμοποιήσουν αυτά τα μικροδιαφράγματα, οι ερευνητές τραβούν πρώτα μια εικόνα χρησιμοποιώντας ένα άλλο όργανο όπως το NIRCam για να επιλέξουν τα αντικείμενα ενδιαφέροντος. Στη συνέχεια δίνουν εντολή να ανοίξουν τα παντζούρια που αντιστοιχούν σε αυτά τα αντικείμενα ενδιαφέροντος, ενώ τα άλλα παραμένουν κλειστά.

Αυτό επιτρέπει στο φως από τους στόχους, όπως συγκεκριμένους γαλαξίες, να ακτινοβολεί μέσα στους ανιχνευτές του τηλεσκοπίου, χωρίς να επιτρέπει επίσης να διαρρεύσει το φως από το φόντο. «Ανοίγοντας μόνο την πόρτα όπου βρίσκεται ο γαλαξίας και κλείνοντας όλες τις άλλες πόρτες, όταν το φως περάσει από αυτό το αντικείμενο, απλώνεται σε ένα φάσμα και δεν έχεις όλο το άλλο φως να περνάει», είπε ο McCaughrean είπε. «Αυτό το κάνει πιο ευαίσθητο».

Αυτή η φασματοσκοπία πολλαπλών αντικειμένων μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εξέταση συγκεκριμένων γαλαξιών σε εικόνες βαθιού πεδίου, κάτι που είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τη μελέτη των πρώιμων γαλαξιών που έχουν μεγάλη μετατόπιση προς το κόκκινο. Και αυτή η μέθοδος είναι ικανή να λαμβάνει φάσματα από έως και 100 αντικείμενα ταυτόχρονα – καθιστώντας την έναν πολύ αποτελεσματικό τρόπο συλλογής δεδομένων.

Αντιμετώπιση υπερβολικού φωτός

Όπως δείχνουν τα μικροδιαφράγματα, ένα δύσκολο κομμάτι της εργασίας με εξαιρετικά ευαίσθητα όργανα είναι η αντιμετώπιση του υπερβολικού φωτός. Πάρτε το έργο James Webb θα κάνει στον Δία στους πρώτους μήνες λειτουργίας του – είναι πραγματικά πολύ δύσκολο να απεικονίσεις τους δακτυλίους και τα φεγγάρια γύρω από τον Δία επειδή ο ίδιος ο πλανήτης είναι τόσο φωτεινός. Εάν το αχνό αντικείμενο που προσπαθείτε να παρατηρήσετε βρίσκεται δίπλα σε ένα πολύ φωτεινό, μπορεί να σβήσει τις ενδείξεις σας, έτσι το μόνο που βλέπετε είναι φως από το φωτεινότερο αντικείμενο.

Ένα παρόμοιο πρόβλημα προκύπτει όταν προσπαθείτε να παρατηρήσετε μακρινούς εξωπλανήτες, οι οποίοι είναι πολύ αμυδρά σε σύγκριση με τα αστέρια που περιφέρονται. Για να αντιμετωπίσει αυτή την πρόκληση, ο James Webb έχει ένα άλλο κόλπο στο μανίκι του που ονομάζεται στεφανογραφία.

Τόσο το NIRCam όσο και το MIRI διαθέτουν λειτουργίες στεφανογραφίας, η πιο απλή μορφή των οποίων είναι να τοποθετήσετε έναν μικρό μεταλλικό δίσκο μπροστά από το φωτεινό αντικείμενο για να αποκλείσετε το φως του. Στη συνέχεια, μπορείτε να παρατηρήσετε πιο εύκολα τις άλλες, πιο αμυδρό πηγές φωτός γύρω του. Αλλά αυτή η προσέγγιση έχει τους περιορισμούς της: εάν το φωτεινό αντικείμενο κινείται πίσω από το δίσκο, το φως του μπορεί να ξεχυθεί στις άκρες και να καταστρέψει τις παρατηρήσεις. Θα μπορούσατε να κάνετε το δίσκο μικρότερο ώστε να μπλοκάρει μόνο το κεντρικό φωτεινότερο σημείο του αντικειμένου, αλλά τότε θα έχετε ακόμα πολύ περίσσιο φως να αντιμετωπίσετε. Θα μπορούσατε να κάνετε το δίσκο μεγαλύτερο, αλλά στη συνέχεια θα αποκλείει άλλα αντικείμενα που βρίσκονται κοντά στο φωτεινό αντικείμενο.

Υπάρχει λοιπόν μια άλλη μορφή αυτής της λειτουργίας στεφανογραφίας που χρησιμοποιεί υλικό που ονομάζεται μάσκα φάσης τεσσάρων τεταρτημορίων. "Αυτό είναι ένα πολύ έξυπνο κομμάτι οπτικής", είπε ο McCaughrean. «Δεν έχει μεταλλικό δίσκο, αλλά έχει τέσσερα διαφορετικά κομμάτια γυαλιού που μεταδίδουν διαφορετικές φάσεις στο φως που εισέρχεται. Όταν σκεφτόμαστε το φως ως κύμα και όχι ως φωτόνια, το φως έχει μια φάση. Εάν τοποθετήσετε τη φωτεινή πηγή ακριβώς στο σταυρό όπου συναντώνται αυτές οι τέσσερις διαφορετικές πλάκες φάσης, μπορείτε επεξεργαστείτε το έτσι ώστε το φως να ακυρωθεί πραγματικά από το αστέρι, λόγω της παρεμβολής κυμάτων αποτέλεσμα."

Αυτό σημαίνει ότι αν το ευθυγραμμίσετε ακριβώς έτσι ώστε το φωτεινό αντικείμενο να βρίσκεται ακριβώς στη μέση αυτών των τεταρτημορίων, το φως από το αστέρι θα ακυρωθεί, αλλά το φως από άλλα αντικείμενα όπως οι πλανήτες θα εξακολουθήσει να είναι ορατός. Αυτό το καθιστά ιδανικό για την παρατήρηση εξωπλανητών που περιφέρονται κοντά στα αστέρια υποδοχής τους που διαφορετικά θα ήταν αδύνατο να φανούν.

Αξιοποίηση του χρόνου

Ένας άλλος τρόπος για να χειριστείτε έναν συνδυασμό φωτεινών και αμυδρά αντικειμένων είναι να κάνετε πολλαπλές μετρήσεις με την πάροδο του χρόνου. Σε αντίθεση με κάτι σαν το τηλέφωνό σας, το οποίο τραβάει μια φωτογραφία και στη συνέχεια επαναφέρει αμέσως, οι ανιχνευτές στο Webb μπορούν να κάνουν πολλές μετρήσεις χωρίς επαναφορά.

«Έτσι μπορούμε να τραβήξουμε μια σειρά φωτογραφιών με την πάροδο του χρόνου με τον ίδιο ανιχνευτή, καθώς συσσωρεύει το φως από τις αχνές πηγές», εξηγεί ο McCaughrean. «Όμως όταν εξετάζουμε τα δεδομένα, μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τις πρώτες εικόνες για τις φωτεινές πηγές προτού κορεστούν, και στη συνέχεια να συνεχίσουμε να συγκεντρώνουμε φως από τις αχνές πηγές και να έχουμε την ευαισθησία. Επεκτείνει αποτελεσματικά το δυναμικό εύρος διαβάζοντας τους ανιχνευτές πολλές φορές."

Ένας άλλος τρόπος με τον οποίο μπορούν να λειτουργήσουν τα όργανα ονομάζεται παρατηρήσεις χρονοσειρών, ο οποίος βασικά απαιτεί πολλές μετρήσεις η μία μετά την άλλη για να συλλάβει αντικείμενα που αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου. Αυτό είναι χρήσιμο για τη σύλληψη αντικειμένων που αναβοσβήνουν, όπως τα παλμικά αστέρια νετρονίων που ονομάζονται μαγνήτες, ή για την εξέταση εξωπλανητών που κινούνται κατά μήκος της όψης του αστέρα ξενιστή τους σε μια κίνηση που ονομάζεται διέλευση.

«Καθώς ένας πλανήτης διέρχεται μπροστά από το αστέρι, θέλετε να το πιάσετε στις άκρες της διέλευσης καθώς και στη μέση της διέλευσης», είπε ο McCaughrean. «Επομένως, συνεχίζετε να το παρακολουθείτε και συνεχίζετε να λαμβάνετε δεδομένα».

Μια πρόκληση με αυτή τη μέθοδο είναι ότι απαιτεί από το τηλεσκόπιο να παραμείνει σε σχεδόν τέλεια ευθυγράμμιση, επειδή αν μετακινηθεί έστω και ελαφρώς, θα εισήγαγε θόρυβο στα δεδομένα. Αλλά τα καλά νέα είναι ότι το τηλεσκόπιο αποδίδει εξαιρετικά καλά όσον αφορά το να δείχνει προς ένα αντικείμενο και να παραμένει μέσα θέση, χάρη στον αισθητήρα Fine Guidance Sensor που κλειδώνει σε κοντινά αστέρια και προσαρμόζεται για τυχόν διαταραχές όπως η ηλιακή άνεμοι.

Προκλήσεις στην εργασία με τον Webb

Όπως με κάθε κομμάτι της τεχνολογίας, υπάρχουν περιορισμοί στο τι μπορεί να κάνει ο Webb. Ένας από τους μεγάλους πρακτικούς περιορισμούς για τους επιστήμονες που χρησιμοποιούν το Webb είναι ο όγκος των δεδομένων που μπορούν να συλλέξουν από το τηλεσκόπιο. Σε αντίθεση με το Hubble, το οποίο περιφέρεται γύρω από τη Γη, ο Webb περιφέρεται γύρω από τον ήλιο σε α θέση που ονομάζεται L2.

Αυτό είναι περίπου 1 εκατομμύριο μίλια μακριά από τη Γη, οπότε ο Webb είναι εξοπλισμένος με ένα ισχυρή κεραία ραδιοφώνου που μπορεί να στείλει δεδομένα πίσω στη Γη με ρυθμό 28 megabit ανά δευτερόλεπτο. Αυτό είναι πολύ εντυπωσιακό - όπως τόνισε ο McCaughrean, είναι πολύ πιο γρήγορο από το Wi-Fi στο ξενοδοχείο του που χρησιμοποιούσαμε για να μιλήσετε, ακόμη και σε πολύ μεγαλύτερη απόσταση — αλλά δεν είναι κοντά στον συνολικό όγκο δεδομένων που μπορούν να λάβουν τα όργανα ανά δεύτερος.

Το παρατηρητήριο έχει μια μικρή ποσότητα αποθήκευσης στερεάς κατάστασης, περίπου 60 GB, το οποίο μπορεί να καταγράφει δεδομένα για σύντομο χρονικό διάστημα εάν τα όργανα συλλέγουν περισσότερα δεδομένα από αυτά που μπορούν να σταλούν πίσω, λειτουργώντας ως προσωρινή μνήμη. Αυτό μπορεί να μην ακούγεται πολύ σε σύγκριση με το είδος του αποθηκευτικού χώρου που έχετε συνήθως σε ένα τηλέφωνο ή φορητό υπολογιστή, αλλά το Οι απαιτήσεις για υλικό που είναι ασφαλές έναντι της ακτινοβολίας και μπορεί να αντέξει για δεκαετίες χρήσης είναι μάλλον διαφορετικές.

Αυτός ο περιορισμός σημαίνει ότι οι ερευνητές πρέπει να είναι επιλεκτικοί σχετικά με τα δεδομένα που δίνουν προτεραιότητα σε κατερχόμενες ζεύξεις από το τηλεσκόπιο, επιλέγοντας μόνο τα πιο ζωτικά δεδομένα για τις ανάγκες τους. Ίσως αναρωτιέστε γιατί το Webb δεν βρίσκεται πιο κοντά στη Γη σε αυτήν την περίπτωση, αλλά η τροχιά L2 είναι απαραίτητη για τον τρόπο λειτουργίας της – και ο λόγος οφείλεται στις θερμοκρασίες.

«Οι άνθρωποι πιστεύουν ότι το διάστημα είναι κρύο, όχι αν βρίσκεσαι δίπλα σε ένα μεγάλο αντικείμενο που σε θερμαίνει κάθε μέρα όπως η Γη ή ο ήλιος», είπε ο McCaughrean. «Έτσι, αν θέλετε να κοιτάξετε στο υπέρυθρο, πρέπει να βεβαιωθείτε ότι το τηλεσκόπιό σας είναι απίστευτα κρύο, ώστε να μην εκπέμπει στα μήκη κύματος που προσπαθείτε να ανιχνεύουν." Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το Webb έχει ένα τεράστιο ηλιακό προστατευτικό για να το διατηρεί δροσερό και γιατί είναι στο L2, ώστε το ηλιακό προστατευτικό να εμποδίζει τη θερμότητα τόσο από τον ήλιο όσο και από Γη.

«Έχουμε φτιάξει ένα παρατηρητήριο που πρέπει να βρίσκεται στο L2, πρέπει να είναι εκεί για να κρυώσει, ώστε να μπορεί να προσφέρει αυτή την επιστήμη. Και επειδή είναι στο L2, έχουμε μόνο ένα συγκεκριμένο εύρος ζώνης», εξήγησε ο McCaughrean. «Δεν υπάρχει δωρεάν μεσημεριανό γεύμα, ας το θέσω έτσι».

Η κοινότητα αποφασίζει

Το πρώτο έτος των παρατηρήσεων του Webb έχει προγραμματιστεί προσεκτικά. Κατά τους πρώτους πέντε μήνες των επιστημονικών λειτουργιών, θα λειτουργήσει επιστημονικά προγράμματα πρώιμης απελευθέρωσης, τα οποία είναι αυτά που έχουν σχεδιαστεί για να ωθήσουν τα όρια του υλικού του Webb και να δουν τι μπορεί να κάνει. Εντός του πρώτου έτους της, θα εργαστεί σε προγράμματα που έχουν επιλεγεί Κύκλος 1, συμπεριλαμβανομένης της έρευνας σε εξωπλανήτες, μαύρες τρύπες, βαθιά πεδία και πολλά άλλα.

Πέρα από αυτό, όμως, η μελλοντική δουλειά που πρέπει να γίνει χρησιμοποιώντας το Webb είναι σε μεγάλο βαθμό ανοιχτή. Οι ερευνητές υποβάλλουν προτάσεις για τα δεδομένα που θέλουν να συλλέξουν χρησιμοποιώντας το Webb και αυτές οι προτάσεις αξιολογούνται από ομοτίμους για να επιλέξουν εκείνες που είναι πιο ενδιαφέρουσες επιστημονικά. «Η κοινότητα αποφασίζει τι θα γίνει με το παρατηρητήριο», είπε ο McCaughrean.

Αυτή η συμμετοχή της κοινότητας έχει ήδη αλλάξει τον τρόπο χρήσης του Webb — για παράδειγμα, η έρευνα για εξωπλανήτες αυτή τη στιγμή καταλαμβάνει περίπου το ένα τρίτο του διαθέσιμου χρόνου παρατήρησης στον πρώτο γύρο έρευνας. Όταν ο McCaughrean και οι συνάδελφοί του σχεδίαζαν πώς θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί το Webb στις αρχές της δεκαετίας του 2000, δεν φαντάζονταν θα γινόταν οπουδήποτε κοντά σε τόση έρευνα για εξωπλανήτες επειδή είχαν ανακαλυφθεί τόσο λίγοι εξωπλανήτες χρόνος.

Αυτό κάνει τον Webb διαφορετικό από αποστολές με πολύ συγκεκριμένο σκοπό, όπως το παρατηρητήριο Gaia της ESA, το οποίο είναι σχεδιασμένο ειδικά για να κάνει έναν τρισδιάστατο χάρτη του γαλαξία και περισσότερο σαν το Hubble, το οποίο σχεδιάστηκε για να συναντά πολλούς ερευνητικές ανάγκες. «Είναι σίγουρα ένα παρατηρητήριο γενικής χρήσης», είπε ο McCaughrean. «Θα πρέπει μόνο να κοιτάξετε το Hubble και πώς έχει εξελιχθεί με τα χρόνια. Εν μέρει μέσω της τοποθέτησης νέων μέσων, αλλά κυρίως μέσω της επιστημονικής κοινότητας που αποφασίζει ότι υπάρχουν διαφορετικές προτεραιότητες και διαφορετικοί τομείς που πρέπει να γίνουν».

Αυτή η ευελιξία είναι δυνατή επειδή το Webb έχει σχεδιαστεί για να είναι χρήσιμο για έρευνα σε πολλά πεδία — συμπεριλαμβανομένων εφαρμογών που δεν έχουμε σκεφτεί ακόμη. Ο Webb είναι προβλέπεται να διαρκέσει τουλάχιστον 20 χρόνια, και μόλις αρχίσαμε να εξερευνούμε τι θα μπορούσε να κάνει εκείνη την εποχή.

«Αυτό είναι το συναρπαστικό. Εάν χτίσετε ένα πολύ ισχυρό, πολύ ικανό παρατηρητήριο γενικής χρήσης, περιορίζεται από πολλές απόψεις μόνο από τη δημιουργικότητα της κοινότητας», είπε ο McCaughrean. «Το Webb είναι αυτό που το κάνουμε τώρα».

Συστάσεις των συντακτών

• Ο Τζέιμς Γουέμπ εντοπίζει αρχαία σκόνη που θα μπορούσε να είναι από τα πρώτα σουπερνόβα
• 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