Prvi ciljevi Jamesa Webba za proučavanje bit će blizu kuće

Astronomi diljem svijeta bruje od iščekivanja nove znanosti koja će biti moguća nakon što svemirski teleskop James Webb, najmoćniji svemirski teleskop na svijetu, završi svoje puštanje u rad. Otkako je teleskop lansiran 25. prosinca 2021., razvio je svoj hardver u konačnu konfiguraciju, dostigao svoju konačnu orbitu oko sunca i dovršio je poravnavanje zrcala s primarnom kamerom, ali još uvijek postoje koraci poput kalibracije instrumenata prije nego što bude spreman za znanstvenu upotrebu.

Čim se završi faza puštanja u rad, koja bi trebala završiti ovog ljeta, počet će znanstvena promatranja. I tu stvari postaju uzbudljive, jer će visoka osjetljivost teleskopa i infracrvene mogućnosti omogućiti promatrati ekstremno udaljene objekte, čak i blijeđe od onih koje promatraju sadašnji svemirski teleskopi poput Hubble. To će započeti novu eru astronomskih promatranja i moglo bi pomoći u istraživanju tema kao što su širok raspon poput toga kako su nastale prve galaksije i imaju li planeti u drugim zvjezdanim sustavima atmosferu ili ne.

Odabrano je trinaest projekata za testiranje mogućnosti ovog potpuno novog teleskopa u prvih pet mjeseci operacije, i kao što možete zamisliti, natjecanje u tome koji bi projekti trebali dobiti prve korake na ovom novom alatu je bilo žestoka.

Većina Izabrano je 13 projekata gledat će udaljene objekte poput crnih rupa ili dalekih galaksija. Ali jedan će projekt izgledati bliže kući - na Jupiteru, točno u našem kozmičkom dvorištu.

Kako bi saznali što se istraživači nadaju otkriti o ovom velikom, prekrasnom plinovitom divu i saznali zašto je tako relativno blizu cilja koristi se za testiranje tako snažnog teleskopa, razgovarali smo s astronomom s Berkeleyja Imkeom de Paterom, voditeljem promatranja Jupitera tim.

Cijeli sustav za istraživanje

U usporedbi s dalekim egzoplanetima ili čak udaljenijim ledenim divovskim planetima u našem Sunčevom sustavu, astronomi znaju mnogo o Jupiteru. Imamo mnoštvo podataka o planetu zahvaljujući promatranjima zemaljskih teleskopa i misija kao što je Galileo, koja je kružila oko planeta do 2003., i Juno koji i sada tamo kruži.

Ali kao što to često biva sa znanošću, svaki podatak koji dobijemo o planetu može pokrenuti nova pitanja. "Bili smo tamo s nekoliko svemirskih letjelica i promatrali smo planet s Hubbleom i mnogim zemaljskim teleskopima na valnim duljinama u elektromagnetskom spektru (od UV do metarskih valnih duljina), tako da smo naučili ogromnu količinu o samom Jupiteru, njegovoj atmosferi, unutrašnjosti te o njegovim mjesecima i prstenovima,” rekao je de pater. "Ali svaki put kad naučite više postoje stvari koje još ne razumijete - tako da uvijek trebate više podataka."

Neka od najvećih otvorenih pitanja koja imamo o Jupiteru tiču ​​se njegovog atmosfera, kao što je to kako se toplina kreće između slojeva u atmosferi i kako atmosfera djeluje s magnetosferom.

Ali skupina neće promatrati samo sam Jupiter, usavršavajući se na detaljima poput Velike crvene pjege (turbulentna oluja tako golema da se može vidjeti kao točka dovoljno velika da proguta cijelu Zemlju) i južni pol planeta (sa svojim karakterističnim aurore). Također će promatrati cijeli Jovian sustav, uključujući slabašne prstenove planeta i njegove mjesece uključujući Io i Ganimed.

Svaki od ovih ciljeva je intrigantan sam po sebi - Io je, na primjer, vulkanski najaktivnije mjesto u Sunčevom sustavu, a Ganimed je jedini mjesec za koji se zna da proizvodi vlastitu magnetosferu. Gledano u cjelini, sustav Jovian idealno je mjesto za testiranje granica Webbovih mogućnosti.

Zavirivanje u infracrveno

Kako bi pomogla u učenju o ovim složenim temama, de Paterova grupa će iskoristiti prednosti infracrvenih mogućnosti Jamesa Webba, koje istraživačima omogućuju dublji pogled u atmosferu planeta.

Te sposobnosti omogućuju proučavanje atmosfere izvan onoga što bi bilo moguće promatranjem u valnoj duljini vidljive svjetlosti. "U vidljivom rasponu valnih duljina, u osnovi vidite oblake", objasnila je. “Na infracrvenim valnim duljinama možete sondirati iznad i ispod oblaka, ovisno o valnoj duljini. Na različitim valnim duljinama možete vidjeti različite visine u atmosferi, ovisno o neprozirnosti atmosfere atmosfera (tj. koliko se 'svjetlosti' apsorbira na određenoj valnoj duljini određuje koliko duboko netko može pogledati u planeta)."

Osobito korisne za ovo istraživanje bit će srednje infracrvene valne duljine, koje se mogu promatrati pomoću Webbovog MIRI ili srednjeg infracrvenog instrumenta.

"Najveća prednost je na srednjim infracrvenim valnim duljinama", objasnio je de Pater. “Možemo promatrati na nekim od ovih valnih duljina s tla, ali Zemljina je atmosfera toliko turbulentna da ono što dobijemo na terenu, ne možemo dobro kalibrirati opažanja." To znači više neizvjesnosti u podaci; problem koji je pogoršan pozadinskim infracrvenim zračenjem na Zemlji.

Ali sa svemirskim teleskopom kao što je James Webb, nema atmosfere i manje pozadinskog zračenja koje bi smetalo, a to znači da će prikupljeni podaci biti mnogo precizniji. Dodatno, Webb nudi iznimnu stabilnost, što znači da može usmjeriti metu i ne pokolebati se, zahvaljujući svom položaju u prostoru. Sve to znači da može prikupiti neke od dosad najpreciznijih podataka o Jupiteru.

Testiranje Webbovih ograničenja

Pri procjeni prijedloga o tome kako bi se James Webb mogao koristiti, objasnio je de Pater, povjerenstvo odlučuje o tome koje projekte treba nastaviti prvo su htjeli vidjeti ideje astronomske zajednice o tome što bi teleskop mogao čini. "Dakle, stvarno su tražili projekte koji su JWST doveli do krajnjih granica", rekla je. "To je ono što naš projekt radi."

Koristit će sva četiri Webbova instrumenta u različitim kombinacijama za različite ciljeve u sustavu, kako bi odabrali različite značajke poput vulkana, prstenova i slojeva atmosfere planeta.

Plan je bio promatrati Jupiter, njegove prstenove i njegove mjesece Io i Ganimed, ali nekoliko godina nakon što je tim predao njihov prijedlog pojavio se neočekivani problem — teleskop je zapravo bio preosjetljiv za veći dio planiranog rada Jupiter. "Teleskop je bio mnogo osjetljiviji nego što su očekivali, pa smo morali promijeniti niz naših promatranja na Jupiteru - a na samom Jupiteru možemo učiniti manje nego što smo prvotno očekivali."

Ali tim je i dalje znao da može dobiti vrijedne podatke i pronaći načine da obavi posao koji želi. Promijenili su čimbenike poput filtera koje će koristiti i pogledali manja vidna polja.

Zašto Jupiter predstavlja takav izazov

Ideja da je teleskop previše osjetljiv mogla bi zvučati kontraintuitivno. Ali zamislite to kao da fotografirate dok ste okrenuti prema suncu: sve se boje izblijede pa sve izgleda bijelo i isprano i teško je vidjeti bilo koji detalj. Svjetlost koja dolazi od sunca jednostavno je presvijetla, što dovodi do preeksponirane slike.

Ista stvar se događa pri proučavanju astronomskih tijela. Planeti ne odaju mnogo svjetlosti u usporedbi sa zvijezdama, jer ne proizvode vlastitu svjetlost, već samo reflektiraju svjetlost od svojih zvijezda. Zbog toga su planeti znatno tamniji od zvijezda općenito. Ali kada gledate sitne detalje ili tražite još manja tijela poput mjeseca ili fine detalje poput prstenova, tada svjetlost s planeta može stvoriti odsjaj u podacima koje prikupljate.

To je veliki izazov kada se koristi Webb za proučavanje Jupiterovih mjeseca ili prstenova: Pokušati dopustiti svjetlost s planeta kako bi se ti mali objekti mogli vidjeti u detalje. Jupiter je jedan od najsjajnijih objekata na nebu, tako da ovo nije lak zadatak.

Srećom, astronomi imaju puno iskustva s promatranjem planetarnih prstenova pomoću drugih alata poput Hubble svemirskog teleskopa. "Tako da koristimo to znanje za JWST promatranja", objasnio je de Pater. Tim će promatrati prstenove pod različitim "kutovima kotrljanja", što znači da će prstenovi biti pomaknuti u malo drugačije orijentacije na detektoru. Promatrajući prstenove pod različitim kutovima, mogu vidjeti kako raspršena svjetlost s planeta pada na prstenove. Zatim se ovo svjetlo može oduzeti, ostavljajući samo svjetlo od samih prstenova.

Proučavanje planeta u našem Sunčevom sustavu i šire

Korištenje Webba za proučavanje Jupitera nije samo način da se testiraju granice ovog potpuno novog teleskopa. Proučavanje planeta u našem Sunčevom sustavu također može pomoći u razumijevanju planeta izvan našeg Sunčevog sustava, zvanih egzoplanete.

Jedan od velikih ciljeva današnje znanosti o egzoplanetima je ići dalje od identificiranja planeta i procjene njegovih veličinu ili masu, te izgraditi potpunije razumijevanje toga gledajući ima li atmosfera.

Ali da bismo razumjeli planete u udaljenim sustavima, pomaže razumijevanje planeta u našem vlastitom. Webb će promatrati atmosfere dalekih plinovitih divova, koje zatim možemo usporediti s onim što znamo o atmosferama Jupitera i Saturna.

Nadalje, korištenjem Webba za proučavanje Jupitera, de Paterov tim će razviti skup alata koje drugi u astronomskoj zajednici mogu koristiti za proučavanje drugih planeta u našem Sunčevom sustavu i dati uvid u ono što bi Webb mogao otkriti o njima — uključujući intrigantne i rijetko proučavane daleke planete Uran i Neptun.

“Naš tim će razviti softver koji se može koristiti za sustav Jovian, ali i za sustav Saturn, za Uran i Neptun. I možemo pokazati ljudima što možete očekivati ​​na temelju naših opažanja,” rekao je de Pater. "Definitivno je putokaz na taj način."

Preporuke urednika

• Evo zašto znanstvenici misle da je život mogao cvjetati na 'paklenom planetu' Veneri
• Zumirajte zadivljujuću sliku Jamesa Webba da vidite galaksiju formiranu prije 13,4 milijarde godina
• James Webb uočava najudaljeniju aktivnu supermasivnu crnu rupu ikada otkrivenu
• James Webb pronalazi tragove velike strukture svemira
• James Webb otkriva važnu molekulu u zapanjujućoj Orionovoj maglici