Target studi pertama James Webb akan dekat dengan rumah

Para astronom di seluruh dunia sangat menantikan ilmu baru yang mungkin setelah Teleskop Luar Angkasa James Webb, teleskop luar angkasa terkuat di dunia, menyelesaikannya komisioning. Sejak teleskop diluncurkan pada 25 Desember 2021, ia telah membentangkan perangkat kerasnya ke dalam konfigurasi terakhirnya, mencapai orbit terakhirnya mengelilingi matahari, dan selesai menyelaraskan cerminnya dengan kamera utamanya, tetapi masih ada langkah-langkah seperti kalibrasi instrumennya sebelum siap untuk penggunaan ilmiah.

Segera setelah fase komisioning selesai, yang akan selesai musim panas ini, pengamatan sains akan dimulai. Dan di sinilah segala sesuatunya menjadi menarik, karena kepekaan teleskop yang tinggi dan kemampuan inframerah akan memungkinkannya untuk mengamati objek yang sangat jauh, bahkan lebih redup daripada yang diamati oleh teleskop berbasis ruang angkasa saat ini Hubble. Ini akan mengantarkan era baru pengamatan astronomi dan dapat membantu menyelidiki topik-topik seperti luas seperti bagaimana galaksi pertama terbentuk dan apakah planet di sistem bintang lain memiliki atmosfer atau tidak.

Tiga belas proyek telah dipilih untuk menguji kemampuan teleskop baru ini dalam lima bulan pertama operasi, dan seperti yang dapat Anda bayangkan, persaingan untuk proyek mana yang harus mendapat kesempatan pertama pada alat baru ini adalah garang.

Sebagian besar 13 proyek dipilih akan melihat objek yang jauh seperti lubang hitam atau galaksi yang jauh. Tapi satu proyek akan terlihat lebih dekat ke rumah - di Jupiter, tepat di halaman belakang kosmik kita.

Untuk mempelajari tentang apa yang ingin ditemukan oleh para peneliti tentang raksasa gas yang besar dan cantik ini, dan untuk mencari tahu mengapa target tersebut relatif dekat sedang digunakan untuk menguji teleskop yang begitu kuat, kami berbicara dengan astronom Berkeley Imke de Pater, pemimpin pengamatan Jupiter tim.

Seluruh sistem untuk dijelajahi

Dibandingkan dengan exoplanet yang jauh atau bahkan planet raksasa es yang lebih jauh di tata surya kita, para astronom tahu banyak tentang Jupiter. Kami memiliki banyak sekali data tentang planet ini berkat pengamatan dari teleskop berbasis darat dan misi seperti Galileo, yang mengorbit planet ini hingga tahun 2003, dan Juno yang masih mengorbit di sana sekarang.

Namun seperti yang sering terjadi pada sains, setiap data yang kita dapatkan tentang planet ini dapat menimbulkan lebih banyak pertanyaan. “Kami pernah ke sana dengan beberapa pesawat ruang angkasa dan telah mengamati planet ini dengan Hubble dan banyak teleskop berbasis darat pada panjang gelombang di seluruh spektrum elektromagnetik. (dari UV hingga panjang gelombang meter), jadi kami telah belajar banyak tentang Jupiter itu sendiri, atmosfernya, interiornya, dan tentang bulan dan cincinnya, ”kata de Ayah. “Tetapi setiap kali Anda belajar lebih banyak, ada hal-hal yang belum Anda pahami — jadi Anda selalu membutuhkan lebih banyak data.”

Beberapa pertanyaan terbuka terbesar yang kami miliki tentang Jupiter berkaitan dengannya suasana, seperti bagaimana panas berpindah antar lapisan di atmosfer, dan bagaimana atmosfer berinteraksi dengan magnetosfer.

Tetapi kelompok itu tidak hanya akan melihat Jupiter itu sendiri, mempelajari detail seperti Bintik Merah Besar (badai bergolak yang begitu luas bahwa itu dapat dilihat sebagai titik yang cukup besar untuk menelan seluruh Bumi) dan kutub selatan planet (dengan ciri khasnya aurora). Mereka juga akan melihat keseluruhan sistem Jovian, termasuk cincin redup planet dan bulan-bulannya termasuk Io dan Ganymede.

Masing-masing target ini sangat menarik — Io adalah tempat yang paling aktif secara vulkanik di tata surya, misalnya, dan Ganymede adalah satu-satunya bulan yang diketahui menghasilkan magnetosfernya sendiri. Secara keseluruhan, sistem Jovian adalah tempat yang ideal untuk menguji batas kemampuan Webb.

Mengintip ke dalam inframerah

Untuk membantu mempelajari topik-topik kompleks ini, kelompok de Pater akan memanfaatkan kemampuan infra merah James Webb, yang memungkinkan para peneliti untuk melihat lebih dalam ke atmosfer planet.

Kemampuan tersebut memungkinkan untuk mempelajari atmosfer melebihi apa yang mungkin dilakukan dengan melihat panjang gelombang cahaya tampak. “Dalam rentang panjang gelombang yang terlihat, pada dasarnya Anda melihat awan,” jelasnya. “Pada panjang gelombang inframerah, Anda dapat menyelidiki di atas awan dan di bawah awan, bergantung pada panjang gelombangnya. Pada panjang gelombang yang berbeda, Anda dapat melihat ketinggian yang berbeda di atmosfer, bergantung pada opasitas di atmosfer atmosfer (yaitu berapa banyak 'cahaya' yang diserap pada panjang gelombang tertentu menentukan seberapa dalam seseorang dapat melihat ke dalam planet).

Yang sangat berguna untuk penelitian ini adalah panjang gelombang mid-infrared, yang dapat dilihat menggunakan MIRI Webb atau Instrumen Mid-Infrared.

“Keuntungan terbesar adalah pada panjang gelombang inframerah menengah,” jelas de Pater. “Kita dapat mengamati beberapa panjang gelombang ini dari tanah, tetapi atmosfer bumi sangat bergolak apa yang kami dapatkan di lapangan, kami tidak dapat mengkalibrasi pengamatan dengan sangat baik.” Itu berarti lebih banyak ketidakpastian dalam data; masalah yang diperburuk oleh radiasi infra merah latar belakang di Bumi.

Tetapi dengan teleskop berbasis ruang angkasa seperti James Webb, tidak ada atmosfer dan sedikit radiasi latar yang menghalangi, dan itu berarti data yang dikumpulkan akan jauh lebih akurat. Selain itu, Webb menawarkan stabilitas luar biasa, yang berarti dapat mengarah ke target dan tidak goyah, berkat posisinya di luar angkasa. Semua ini berarti ia dapat mengumpulkan beberapa data paling akurat di Jupiter.

Menguji batas Webb

Saat menilai proposal tentang bagaimana James Webb dapat digunakan, de Pater menjelaskan, panitia memutuskan proyek mana yang akan dikejar pertama kali ingin melihat ide komunitas astronomi tentang apa yang bisa dilakukan teleskop Mengerjakan. “Jadi mereka benar-benar mencari proyek yang mendorong JWST hingga batasnya,” katanya. "Itulah yang sedang dilakukan proyek kami."

Mereka akan menggunakan keempat instrumen Webb dalam kombinasi berbeda untuk target berbeda dalam sistem, untuk memilih fitur berbeda seperti gunung berapi, cincin, dan lapisan atmosfer planet.

Rencananya adalah untuk mengamati Yupiter, cincinnya, dan bulannya Io dan Ganymede, tetapi beberapa tahun setelah tim menyerahkan proposal mereka muncul masalah tak terduga - teleskop itu sebenarnya terlalu sensitif untuk sebagian besar pekerjaan yang direncanakan Jupiter. "Teleskop jauh lebih sensitif dari yang mereka harapkan, jadi kami harus mengubah sejumlah pengamatan kami di Jupiter - dan kami dapat melakukan lebih sedikit pada Jupiter itu sendiri daripada yang kami perkirakan sebelumnya."

Namun tim masih tahu bahwa mereka dapat memperoleh data berharga dan menemukan cara untuk melakukan pekerjaan yang mereka inginkan. Mereka mengubah faktor seperti filter mana yang akan mereka gunakan, dan melihat bidang pandang yang lebih kecil.

Mengapa Jupiter memberikan tantangan seperti itu

Gagasan bahwa teleskop terlalu sensitif mungkin terdengar berlawanan dengan intuisi. Tapi anggap saja seperti mengambil foto sambil menghadap matahari: Semua warna meledak sehingga semuanya tampak putih dan pudar dan sulit untuk melihat detail apa pun. Cahaya yang datang dari matahari terlalu terang, menyebabkan gambar menjadi terlalu terang.

Hal yang sama terjadi saat mempelajari benda astronomi. Planet tidak mengeluarkan banyak cahaya dibandingkan dengan bintang, karena mereka tidak menghasilkan cahayanya sendiri tetapi hanya memantulkan cahaya dari bintangnya. Itu membuat planet jauh lebih redup daripada bintang secara keseluruhan. Namun saat Anda melihat detail kecil atau mencari benda yang bahkan lebih kecil seperti bulan, atau detail halus seperti cincin, cahaya dari sebuah planet dapat membuat silau pada data yang Anda kumpulkan.

Itulah tantangan besar saat menggunakan Webb untuk mempelajari bulan atau cincin Jupiter: Mencoba membiarkan cahaya dari planet tersebut sehingga benda-benda kecil ini dapat dilihat secara mendetail. Jupiter adalah salah satu objek paling terang di langit, jadi ini bukanlah tugas yang mudah.

Untungnya, para astronom memiliki banyak pengalaman dalam mengamati cincin planet menggunakan alat lain seperti Teleskop Luar Angkasa Hubble. “Jadi kami menggunakan pengetahuan itu untuk pengamatan JWST,” jelas de Pater. Tim akan mengamati cincin pada "sudut putar" yang berbeda, yang berarti cincin akan bergeser ke orientasi yang sedikit berbeda pada detektor. Dengan mengamati cincin pada sudut yang berbeda, mereka dapat melihat bagaimana cahaya yang tersebar dari planet jatuh pada cincin. Kemudian cahaya ini dapat dikurangi, hanya menyisakan cahaya dari cincin itu sendiri.

Mempelajari planet-planet di tata surya kita dan seterusnya

Menggunakan Webb untuk mempelajari Jupiter bukan hanya cara untuk menguji batas teleskop baru ini. Mempelajari planet di tata surya kita sendiri juga dapat membantu untuk memahami planet di luar tata surya kita yang disebut exoplanet.

Salah satu tujuan besar ilmu planet ekstrasurya saat ini adalah melampaui mengidentifikasi planet dan memperkirakannya ukuran atau massa, dan membangun pemahaman yang lebih lengkap dengan melihat apakah ia memiliki suasana.

Tetapi untuk memahami planet dalam sistem yang jauh, ada baiknya memahami planet di sistem kita sendiri. Webb akan melihat atmosfer gas raksasa yang jauh, yang kemudian dapat kita bandingkan dengan apa yang kita ketahui tentang atmosfer Jupiter dan Saturnus.

Selanjutnya, dengan menggunakan Webb untuk mempelajari Jupiter, tim de Pater akan mengembangkan seperangkat alat yang dapat digunakan oleh orang lain dalam komunitas astronomi untuk mempelajari planet lain di tata surya kita, dan berikan gambaran sekilas tentang apa yang mungkin dapat ditemukan Webb tentang mereka — termasuk planet Uranus dan Uranus yang jauh menarik dan jarang dipelajari Neptunus.

“Tim kami akan mengembangkan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk sistem Jovian, tetapi juga untuk sistem Saturnus, untuk Uranus dan Neptunus. Dan kami dapat menunjukkan kepada orang-orang apa yang dapat Anda harapkan berdasarkan pengamatan kami,” kata de Pater. “Ini jelas merupakan pencari jalan dengan cara itu.”

Rekomendasi Editor

• Inilah mengapa para ilmuwan berpikir bahwa kehidupan mungkin berkembang pesat di 'planet neraka' Venus
• Perbesar gambar James Webb yang memukau untuk melihat galaksi yang terbentuk 13,4 miliar tahun lalu
• James Webb menemukan lubang hitam supermasif aktif terjauh yang pernah ditemukan
• James Webb menemukan petunjuk tentang struktur alam semesta berskala besar
• James Webb mendeteksi molekul penting di nebula Orion yang menakjubkan