James Webbi esimesed õpiobjektid on kodu lähedal

Astronoomid üle kogu maailma ootavad võimalikku uut teadust kui James Webbi kosmoseteleskoop, maailma võimsaim kosmoseteleskoop, valmib kasutuselevõtt. Alates teleskoobi käivitamisest 25. detsembril 2021 on see oma riistvara lõplikku konfiguratsiooni viinud, jõudnud lõplikule orbiidile ümber päikese ja peeglite joondamine põhikaameraga on lõpetatud, kuid enne, kui see on valmis teaduslik kasutamine.

Niipea kui kasutuselevõtu faas on lõppenud, mis peaks lõppema sel suvel, algavad teaduslikud vaatlused. Ja siin lähevad asjad põnevaks, kuna teleskoobi kõrge tundlikkus ja infrapunavõime võimaldavad seda vaadelda äärmiselt kaugeid objekte, isegi nõrgemaid kui need, mida jälgivad praegused kosmoseteleskoobid Hubble. See juhatab sisse uue astronoomiliste vaatluste ajastu ja võib aidata uurida selliseid teemasid nagu laiaulatuslik, kuidas tekkisid esimesed galaktikad ja kas teiste tähesüsteemide planeetidel on atmosfäär või mitte.

Selle uhiuue teleskoobi võimaluste testimiseks selle esimese viie kuu jooksul on valitud 13 projekti. toimingud ja nagu võite ette kujutada, oli konkurents, millised projektid peaksid selle uue tööriistaga esimesed katsed saama äge.

Enamik Valitud on 13 projekti vaatab kaugeid objekte, nagu mustad augud või kaugel asuvad galaktikad. Kuid üks projekt näeb kodule lähemal - Jupiteril, otse meie kosmilises tagaaias.

Et saada teavet selle kohta, mida teadlased loodavad selle suure ja ilusa gaasihiiglase kohta avastada, ja saada teada, miks selline suhteliselt lähedane sihtmärk kasutatakse nii võimsa teleskoobi katsetamiseks, rääkisime Berkeley astronoomi Imke de Pateriga, Jupiteri vaatluse juhiga. meeskond.

Terve süsteem uurimiseks

Võrreldes meie päikesesüsteemi kaugemate eksoplaneetide või isegi kaugemate jäähiidplaneetidega, teavad astronoomid Jupiteri kohta palju. Meil on planeedi kohta hulgaliselt andmeid tänu nii maapealsete teleskoopide vaatlustele kui ka missioonidele nagu Galileo, mis tiirles ümber planeedi kuni 2003. Juno mis seal praegugi tiirleb.

Kuid nagu teaduse puhul sageli juhtub, võib iga planeedi kohta saadav andmekild tõstatada rohkem küsimusi. "Oleme seal viibinud mitme kosmoseaparaadiga ja vaadelnud planeeti Hubble'i ja paljude maapealsete teleskoopidega elektromagnetilise spektri lainepikkustel. (alates UV-kiirgusest kuni meetri lainepikkuseni), nii et oleme õppinud tohutult palju Jupiteri enda, selle atmosfääri, sisemuse ning kuude ja rõngaste kohta,“ ütles de. Pater. "Kuid iga kord, kui saate rohkem teada, on asju, millest te veel aru ei saa - nii et vajate alati rohkem andmeid."

Mõned suurimad lahtised küsimused, mis meil Jupiteri kohta on, puudutavad seda õhkkond, näiteks kuidas soojus liigub atmosfääri kihtide vahel ja kuidas atmosfäär interakteerub magnetosfääriga.

Kuid rühm ei vaata ainult Jupiterit ennast, vaid lihvib selliseid üksikasju nagu Suur Punane Laik (nii suur turbulentne torm et seda võib vaadelda kui piisavalt suurt laigu, et neelata kogu Maa) ja planeedi lõunapoolusena (selle eripäraga aurorad). Nad vaatavad ka kogu Jovia süsteemi, sealhulgas planeedi nõrgad rõngad ja kuud, sealhulgas Io ja Ganymedes.

Kõik need sihtmärgid on omaette intrigeerivad – näiteks Io on vulkaaniliselt kõige aktiivsem koht Päikesesüsteemis ja Ganymedes on ainuke kuu, mis teadaolevalt toodab oma magnetosfääri. Tervikuna on Joviani süsteem ideaalne koht Webbi võimaluste piiride testimiseks.

Infrapunasse piilumine

Nende keeruliste teemade tundmaõppimiseks kasutab de Pateri rühm James Webbi infrapuna võimeid, mis võimaldavad teadlastel planeedi atmosfääri sügavamalt uurida.

Need võimalused võimaldavad uurida atmosfääri kaugemale sellest, mis oleks võimalik nähtava valguse lainepikkust vaadates. "Nähtavas lainepikkuste vahemikus näete põhimõtteliselt pilvi, " selgitas ta. "Infrapuna lainepikkustel saate sondeerida pilvede kohal ja pilvede all, olenevalt lainepikkusest. Erinevatel lainepikkustel näete atmosfääris erinevaid kõrgusi, olenevalt läbipaistmatusest atmosfäär (st kui palju "valgust" konkreetsel lainepikkusel neeldub, määrab selle, kui sügavale saab vaadata planeet).

Selle uurimistöö jaoks on eriti kasulikud keskmised infrapuna lainepikkused, mida saab vaadata Webbi MIRI või keskmise infrapuna instrumendi abil.

"Suurim eelis on infrapuna keskmiste lainepikkuste juures, " selgitas de Pater. "Me võime vaadelda mõnda neist lainepikkustest maapinnalt, kuid Maa atmosfäär on nii turbulentne, et mida me kohapeal saame, ei saa me vaatlusi väga hästi kalibreerida. See tähendab suuremat ebakindlust andmed; probleem, mida süvendab Maa infrapunakiirguse taust.

Kuid kosmosepõhise teleskoobiga, nagu James Webb, pole atmosfääri ega vähem taustkiirgust, mis takistab teid ning see tähendab, et kogutud andmed on palju täpsemad. Lisaks pakub Webb erakordset stabiilsust, mis tähendab, et tänu oma positsioneerimisele ruumis suudab see sihtmärgile osutada ega kõiguta. Kõik see tähendab, et see suudab koguda Jupiteri kohta seni kõige täpsemaid andmeid.

Webbi piiride testimine

De Pater selgitas, et James Webbi kasutamise ettepanekute hindamisel otsustas komisjon millised projektid soovisid kõigepealt näha astronoomiakogukonna ideid selle kohta, mida teleskoop võiks teha teha. "Nii et nad tõesti otsisid projekte, mis lükkasid JWST piiridesse," ütles ta. "Seda meie projekt teeb."

Nad kasutavad kõiki nelja Webbi instrumenti erinevates kombinatsioonides süsteemi erinevate sihtmärkide jaoks, et valida erinevaid funktsioone, nagu vulkaanid, rõngad ja planeedi atmosfääri kihid.

Plaan oli vaadelda Jupiterit, selle rõngaid ja kuud Io ja Ganymedes, kuid mitu aastat pärast seda, kui meeskond esitas. nende ettepanekul tekkis ootamatu probleem – teleskoop oli tegelikult suure osa kavandatud töö jaoks liiga tundlik Jupiter. "Teleskoop oli palju tundlikum, kui nad eeldasid, nii et pidime muutma mitmeid oma vaatlusi Jupiteril - ja me saame Jupiteril endal teha vähem, kui algselt eeldasime."

Kuid meeskond teadis siiski, et nad võivad saada väärtuslikke andmeid ja leida võimalusi soovitud töö tegemiseks. Nad muutsid selliseid tegureid nagu kasutatavad filtrid ja vaatasid väiksemaid vaatevälju.

Miks Jupiter sellise väljakutse pakub?

Mõte, et teleskoop on liiga tundlik, võib tunduda vastuoluline. Kuid mõelge sellele nagu pildistamisele, kui olete näoga päikese poole: kõik värvid lähevad välja, nii et kõik tundub valge ja pestud ning detaile on raske näha. Päikeselt tulev valgus on lihtsalt liiga ere, mis toob kaasa ülevalgustatud pildi.

Sama juhtub ka astronoomiliste kehade uurimisel. Planeedid ei eralda tähtedega võrreldes palju valgust, kuna nad ei tooda ise valgust, vaid peegeldavad lihtsalt oma tähtede valgust. See muudab planeedid palju tuhmimaks kui tähed üldiselt. Kui aga vaatate pisikesi detaile või otsite veelgi väiksemaid kehasid, nagu kuud, või peeneid detaile, nagu rõngad, võib planeedilt tulev valgus tekitada kogutavates andmetes sära.

See on suur väljakutse, kui kasutate Webbi Jupiteri kuude või rõngaste uurimiseks: püüda lubada planeedi valgust, et neid väikeseid objekte saaks üksikasjalikult näha. Jupiter on üks heledamaid objekte taevas, seega pole see lihtne ülesanne.

Õnneks on astronoomidel palju kogemusi planeetide rõngaste vaatlemisel, kasutades muid tööriistu, nagu Hubble'i kosmoseteleskoop. "Nii et me kasutame neid teadmisi JWST vaatluste jaoks, " selgitas de Pater. Meeskond jälgib rõngaid erinevate nurkade all, mis tähendab, et rõngad nihutatakse detektoril veidi erinevasse suunda. Vaadeldes rõngaid erinevate nurkade alt, saavad nad näha, kuidas planeedilt hajutatud valgus rõngastele langeb. Seejärel saab selle valguse lahutada, jättes alles ainult rõngaste endi valguse.

Planeetide uurimine meie päikesesüsteemis ja kaugemalgi

Webbi kasutamine Jupiteri uurimiseks ei ole ainult viis selle uhiuue teleskoobi piire testida. Meie enda päikesesüsteemi planeetide uurimine võib aidata mõista ka väljaspool meie päikesesüsteemi asuvaid planeete, mida nimetatakse eksoplaneetideks.

Eksoplaneediteaduse üks suuremaid eesmärke on tänapäeval minna planeedi tuvastamisest ja selle hindamisest kaugemale suurus või mass ning luua sellest täielikum arusaam, vaadates, kas sellel on õhkkond.

Kuid kaugete süsteemide planeetide mõistmiseks aitab see mõista meie planeete. Webb vaatleb kaugete gaasihiiglaste atmosfääri, mida saame seejärel võrrelda sellega, mida teame Jupiteri ja Saturni atmosfääri kohta.

Lisaks, kasutades Webbi Jupiteri uurimiseks, töötab de Pateri meeskond välja tööriistade komplekti, mida teised astronoomiaringkonna liikmed saavad kasutada teiste planeetide uurimiseks. meie päikesesüsteemi ja anda pilguheit sellest, mida Webb võib nende kohta avastada – sealhulgas intrigeerivaid ja harva uuritud Uraani ja kaugeid planeete. Neptuun.

"Meie meeskond töötab välja tarkvara, mida saab kasutada Jovia süsteemi, aga ka Saturni süsteemi jaoks, Uraani ja Neptuuni jaoks. Ja me saame inimestele näidata, mida võite meie tähelepanekute põhjal oodata, " ütles de Pater. "Sel viisil on see kindlasti teeleidja."

Toimetajate soovitused

• Siin on põhjus, miks teadlased arvavad, et elu võis "põrguplaneedil" Veenusel õitseda
• Suumige vapustavat James Webbi pilti, et näha galaktikat, mis tekkis 13,4 miljardit aastat tagasi
• James Webb märkab kõige kaugema aktiivse supermassiivse musta augu, mis eales avastatud
• James Webb leiab vihjeid universumi suuremahulisele struktuurile
• James Webb tuvastab vapustavas Orioni udukogus olulise molekuli