Los astrónomos de todo el mundo están entusiasmados con la nueva ciencia que será posible. una vez que el Telescopio Espacial James Webb, el telescopio espacial más poderoso del mundo, complete su puesta en marcha Desde que se lanzó el telescopio el 25 de diciembre de 2021, ha desplegado su hardware en su configuración final, alcanzado su órbita final alrededor del sol y completó la alineación de sus espejos con su cámara principal, pero aún quedan pasos como la calibración de sus instrumentos antes de que esté listo para uso científico.
Contenido
- Todo un sistema para explorar
- Mirando en el infrarrojo
- Probando los límites de Webb
- Por qué Júpiter ofrece tal desafío
- Estudiando planetas en nuestro sistema solar y más allá
Tan pronto como se complete la fase de puesta en servicio, que está programada para concluir este verano, comenzarán las observaciones científicas. Y aquí es donde las cosas se ponen emocionantes, ya que la alta sensibilidad y las capacidades de infrarrojos del telescopio le permitirán para observar objetos extremadamente distantes, incluso más débiles que los observados por los telescopios espaciales actuales como Hubble. Marcará el comienzo de una nueva era de observaciones astronómicas y podría ayudar a investigar temas como amplio como cómo se formaron las primeras galaxias y si los planetas en otros sistemas estelares tienen atmósferas O no.
Se han elegido trece proyectos para probar las capacidades de este nuevo telescopio en sus primeros cinco meses de operaciones, y como puede imaginar, la competencia por la cual los proyectos deberían obtener los primeros dibs en esta nueva herramienta fue feroz.
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La mayoría de 13 proyectos elegidos mirará objetos distantes como agujeros negros o galaxias lejanas. Pero un proyecto se verá más cerca de casa: en Júpiter, justo en nuestro patio trasero cósmico.
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Para aprender sobre lo que los investigadores esperan descubrir sobre este gran y hermoso gigante gaseoso, y para descubrir por qué un objetivo tan relativamente cercano. se está utilizando para probar un telescopio tan poderoso, hablamos con el astrónomo de Berkeley Imke de Pater, líder de la observación de Júpiter equipo.
Todo un sistema para explorar
En comparación con los exoplanetas lejanos o incluso con los planetas gigantes de hielo más distantes de nuestro sistema solar, los astrónomos saben mucho sobre Júpiter. Tenemos montones de datos sobre el planeta gracias a las observaciones de telescopios terrestres y misiones como Galileo, que orbitó el planeta hasta 2003, y Juno que todavía está orbitando allí ahora.
Pero como suele ser el caso con la ciencia, cada dato que obtenemos sobre el planeta puede generar más preguntas. “Hemos estado allí con varias naves espaciales y hemos observado el planeta con Hubble y muchos telescopios terrestres en longitudes de onda en todo el espectro electromagnético. (desde los rayos ultravioleta hasta las longitudes de onda de los metros), por lo que hemos aprendido muchísimo sobre el propio Júpiter, su atmósfera, su interior y sobre sus lunas y anillos”, dijo de Padre. “Pero cada vez que aprende más, hay cosas que aún no comprende, por lo que siempre necesita más datos”.
Algunas de las mayores preguntas abiertas que tenemos sobre Júpiter se refieren a su atmósfera, como cómo se mueve el calor entre las capas de la atmósfera y cómo la atmósfera interactúa con la magnetosfera.
Pero el grupo no solo mirará a Júpiter, sino que se concentrará en detalles como la Gran Mancha Roja (una tormenta turbulenta tan grande que puede verse como una mancha lo suficientemente grande como para engullir toda la Tierra) y el polo sur del planeta (con su distintivo auroras). También observarán todo el sistema joviano, incluidos los débiles anillos del planeta y sus lunas, incluidas Io y Ganímedes.
Cada uno de estos objetivos es intrigante por derecho propio: Io es el lugar con mayor actividad volcánica del sistema solar, por ejemplo, y Ganímedes es la única luna conocida que produce su propia magnetosfera. Tomado como un todo, el sistema joviano es el lugar ideal para probar los límites de las capacidades de Webb.
Mirando en el infrarrojo
Para ayudar a aprender sobre estos temas complejos, el grupo de de Pater aprovechará las capacidades infrarrojas de James Webb, que permiten a los investigadores observar más profundamente la atmósfera del planeta.
Esas capacidades hacen posible estudiar la atmósfera más allá de lo que sería posible mirando en la longitud de onda de la luz visible. “En el rango de longitud de onda visible, básicamente ves nubes”, explicó. “En longitudes de onda infrarrojas, puedes sondear por encima y por debajo de las nubes, dependiendo de la longitud de onda. En diferentes longitudes de onda, puedes ver diferentes altitudes en la atmósfera, dependiendo de la opacidad en el atmósfera (es decir, la cantidad de 'luz' que se absorbe en la longitud de onda particular determina qué tan profundo se puede mirar en la planeta)."
Particularmente útiles para esta investigación serán las longitudes de onda del infrarrojo medio, que se pueden ver usando el MIRI de Webb o el instrumento de infrarrojo medio.
“La mayor ventaja está en las longitudes de onda del infrarrojo medio”, explicó de Pater. “Podemos observar algunas de estas longitudes de onda desde el suelo, pero la atmósfera de la Tierra es tan turbulenta que lo que obtenemos en el terreno, no podemos calibrar muy bien las observaciones”. Eso significa más incertidumbre en el datos; un problema que se ve agravado por la radiación infrarroja de fondo en la Tierra.
Pero con un telescopio basado en el espacio como James Webb, no hay atmósfera y menos radiación de fondo que se interponga en el camino, y eso significa que los datos recopilados serán mucho más precisos. Además, Webb ofrece una estabilidad excepcional, lo que significa que puede apuntar a un objetivo y no vacilar, gracias a su posicionamiento en el espacio. Todo esto significa que puede recopilar algunos de los datos más precisos hasta ahora sobre Júpiter.
Probando los límites de Webb
Al evaluar las propuestas sobre cómo se podría usar James Webb, explicó de Pater, el comité que decide sobre qué proyectos seguir primero quería ver las ideas de la comunidad astronómica sobre lo que el telescopio podría hacer. “Así que realmente buscaron proyectos que llevaran a JWST al límite”, dijo. “Eso es lo que nuestro proyecto está haciendo”.
Usarán los cuatro instrumentos de Webb en diferentes combinaciones para diferentes objetivos en el sistema, para seleccionar diferentes características como volcanes, anillos y capas de la atmósfera del planeta.
El plan era observar Júpiter, sus anillos y sus lunas Io y Ganímedes, pero varios años después el equipo presentó su propuesta surgió un problema inesperado: el telescopio era demasiado sensible para gran parte del trabajo planeado en Júpiter. “El telescopio era mucho más sensible de lo que esperaban, por lo que tuvimos que cambiar varias de nuestras observaciones en Júpiter, y podemos hacer menos en Júpiter de lo que habíamos anticipado originalmente”.
Pero el equipo aún sabía que podían obtener datos valiosos y encontrar formas de hacer el trabajo que querían. Cambiaron factores como qué filtros usarían y observaron campos de visión más pequeños.
Por qué Júpiter ofrece tal desafío
La idea de que un telescopio es demasiado sensible puede parecer contraria a la intuición. Pero piense en ello como tomar una fotografía mientras mira al sol: todos los colores se apagan, por lo que todo parece blanco y descolorido y es difícil ver ningún detalle. La luz que proviene del sol es demasiado brillante, lo que genera una imagen sobreexpuesta.
Lo mismo sucede cuando se estudian cuerpos astronómicos. Los planetas no emiten mucha luz en comparación con las estrellas, ya que no producen luz propia, sino que solo reflejan la luz de sus estrellas. Eso hace que los planetas sean mucho más tenues que las estrellas en general. Pero cuando mira detalles diminutos o busca cuerpos aún más pequeños como lunas, o detalles finos como anillos, entonces la luz de un planeta puede crear un resplandor en los datos que está recopilando.
Ese es el gran desafío cuando se usa Webb para estudiar las lunas o los anillos de Júpiter: tratar de permitir la luz del planeta para que estos pequeños objetos se puedan ver en detalle. Júpiter es uno de los objetos más brillantes del cielo, por lo que no es una tarea fácil.
Afortunadamente, los astrónomos tienen mucha experiencia en la observación de anillos planetarios utilizando otras herramientas como el telescopio espacial Hubble. “Así que usamos ese conocimiento para las observaciones del JWST”, explicó de Pater. El equipo observará los anillos en diferentes "ángulos de balanceo", lo que significa que los anillos se desplazarán en orientaciones ligeramente diferentes en el detector. Al observar los anillos desde diferentes ángulos, pueden ver cómo la luz dispersa del planeta cae sobre los anillos. Luego, esta luz se puede restar, dejando solo la luz de los anillos.
Estudiando planetas en nuestro sistema solar y más allá
Usar Webb para estudiar Júpiter no es solo una forma de probar los límites de este nuevo telescopio. Estudiar planetas en nuestro propio sistema solar también puede ayudar a comprender los planetas fuera de nuestro sistema solar, llamados exoplanetas.
Uno de los grandes objetivos de la ciencia de exoplanetas hoy en día es ir más allá de identificar un planeta y estimar su tamaño o masa, y desarrollar una comprensión más completa al observar si tiene un atmósfera.
Pero para comprender los planetas en sistemas distantes, es útil comprender los planetas en el nuestro. Webb observará las atmósferas de gigantes gaseosos distantes, que luego podemos comparar con lo que sabemos de las atmósferas de Júpiter y Saturno.
Además, al usar Webb para estudiar Júpiter, el equipo de de Pater desarrollará un conjunto de herramientas que otros en la comunidad astronómica pueden usar para estudiar otros planetas en nuestro sistema solar, y dan una idea de lo que Webb podría descubrir sobre ellos, incluidos los intrigantes y raramente estudiados planetas distantes de Urano y Neptuno.
“Nuestro equipo desarrollará un software que puede usarse para el sistema joviano, pero también para el sistema de Saturno, para Urano y Neptuno. Y podemos mostrarle a la gente lo que puede esperar con base en nuestras observaciones”, dijo de Pater. “Definitivamente es un pionero en ese sentido”.
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