יעדי הלימוד הראשונים של ג'יימס ווב יהיו קרובים לבית

אסטרונומים ברחבי העולם רוחשים ציפייה למדע החדש שיהיה אפשרי ברגע שטלסקופ החלל ג'יימס ווב, טלסקופ החלל החזק בעולם, ישלים את שלו הַזמָנָה. מאז שהטלסקופ שוגר ב-25 בדצמבר 2021, הוא פרש את החומרה שלו לתצורה הסופית שלו, הגיע למסלולו הסופי סביב השמש, ו השלים את יישור המראות שלו עם המצלמה הראשית שלו, אבל יש עדיין שלבים כמו כיול המכשירים שלו לפני שהוא מוכן שימוש מדעי.

ברגע שיסתיים שלב ההזמנה, שאמור להסתיים בקיץ הקרוב, יחלו התצפיות המדעיות. וכאן הדברים מתחילים להיות מרגשים, שכן הרגישות הגבוהה של הטלסקופ ויכולות האינפרא אדום יאפשרו זאת לצפות בעצמים רחוקים ביותר, אפילו קלושים יותר מאלה שנצפו על ידי טלסקופים מבוססי חלל נוכחיים כמו האבל. זה יפתח עידן חדש של תצפיות אסטרונומיות ויכול לעזור לחקור נושאים כמו רחב טווח כמו האופן שבו נוצרו הגלקסיות הראשונות והאם לכוכבי לכת במערכות כוכבים אחרות יש אטמוספרות או שלא.

13 פרויקטים נבחרו לבחון את היכולות של הטלסקופ החדש הזה בחמשת החודשים הראשונים שלו. פעולות, וכפי שאתה יכול לדמיין, התחרות עבור אילו פרויקטים צריכים לקבל דיבים ראשונים בכלי החדש הזה הייתה עַז.

רוב ה 13 פרויקטים נבחרו יסתכל על עצמים מרוחקים כמו חורים שחורים או גלקסיות רחוקות. אבל פרויקט אחד ייראה קרוב יותר לבית - ביופיטר, ממש בחצר האחורית הקוסמית שלנו.

כדי ללמוד מה החוקרים מקווים לגלות על ענקית הגז הגדולה והיפה הזו, ולגלות מדוע מטרה כה קרובה יחסית משמש לבדיקת טלסקופ כה חזק, שוחחנו עם אסטרונום ברקלי אימקה דה פאטר, מנהיג תצפית צדק קְבוּצָה.

מערכת שלמה לחקור

בהשוואה לכוכבי לכת רחוקים או אפילו לכוכבי הלכת ענקי הקרח המרוחקים יותר במערכת השמש שלנו, אסטרונומים יודעים הרבה על צדק. יש לנו שלל נתונים על כוכב הלכת הודות לתצפיות מטלסקופים קרקעיים ומשימות כמו גלילאו, שהקיף את כוכב הלכת עד 2003, וכן ג'ונו שעדיין מסתובב שם עכשיו.

אבל כפי שקורה לעתים קרובות במדע, כל פיסת נתונים שאנו מקבלים על כדור הארץ יכולה לעורר שאלות נוספות. "היינו שם עם כמה חלליות וצפינו בכוכב הלכת עם האבל וטלסקופים קרקעיים רבים באורכי גל על ​​פני הספקטרום האלקטרומגנטי (מ-UV ועד אורכי גל של מטרים), אז למדנו כמות עצומה על צדק עצמו, האטמוספירה שלו, הפנים שלו, ועל הירחים והטבעות שלו", אמר דה פאטר. "אבל בכל פעם שאתה לומד יותר יש דברים שאתה עדיין לא מבין - אז אתה תמיד צריך יותר נתונים."

כמה מהשאלות הפתוחות הגדולות ביותר שיש לנו על צדק נוגעות לזה אַטמוֹספֵרָה, כמו איך חום נע בין שכבות באטמוספירה, וכיצד האטמוספירה מקיימת אינטראקציה עם המגנטוספרה.

אבל הקבוצה לא תסתכל רק על יופיטר עצמו, תתחדד לפרטים כמו הכתם האדום הגדול (סופה סוערת כל כך עצומה שניתן לראות בו כנקודה גדולה מספיק כדי לבלוע את כדור הארץ כולו) ואת הקוטב הדרומי של כוכב הלכת (עם הייחודי שלו זוהר). הם גם יסתכלו על כל המערכת הג'וביאנית, כולל הטבעות החלשות של כוכב הלכת והירחים שלו כולל איו וגנימד.

כל אחת מהמטרות הללו מסקרנת בפני עצמה - איו הוא המקום הפעיל ביותר מבחינה געשית במערכת השמש, למשל, וגאנימד הוא הירח היחיד שידוע שמייצר את המגנטוספירה שלו. במכלול, מערכת Jovian היא המקום האידיאלי לבחון את גבולות היכולות של Webb.

מציץ לאינפרא אדום

כדי לעזור ללמוד על הנושאים המורכבים הללו, הקבוצה של דה פאטר תנצל את יכולות האינפרא אדום של ג'יימס ווב, המאפשרות לחוקרים להסתכל עמוק יותר לתוך האטמוספירה של כוכב הלכת.

היכולות הללו מאפשרות לחקור את האטמוספירה מעבר למה שניתן על ידי התבוננות באורך הגל של האור הנראה. "בטווח אורכי הגל הנראה, אתה בעצם רואה עננים", הסבירה. "באורכי גל אינפרא אדום, אתה יכול לחקור מעל העננים ומתחת לעננים, בהתאם לאורך הגל. באורכי גל שונים ניתן לראות גבהים שונים באטמוספירה, בהתאם לאטימות ב האטמוספירה (כלומר כמה 'אור' נספג באורך הגל המסוים קובע כמה עמוק אפשר להסתכל לתוך כוכב לכת)."

שימושי במיוחד עבור מחקר זה יהיו אורכי הגל האמצע-אינפרא אדום, שניתן לצפות בהם באמצעות MIRI או Mid-Infrared Instrument של Webb.

"היתרון הגדול ביותר הוא באורכי גל אינפרא אדום בינוני", הסביר דה פאטר. "אנחנו יכולים לצפות בכמה מאורכי הגל האלה מהקרקע, אבל האטמוספירה של כדור הארץ כל כך סוערת עד מה שאנחנו מקבלים על הקרקע, אנחנו לא יכולים לכייל את התצפיות טוב מאוד". זה אומר יותר אי ודאות ב נתונים; בעיה אשר מחמירה על ידי קרינת הרקע האינפרא אדום על פני כדור הארץ.

אבל עם טלסקופ מבוסס חלל כמו ג'יימס ווב, אין אטמוספירה ופחות קרינת רקע להפריע, וזה אומר שהנתונים שנאספו יהיו הרבה יותר מדויקים. בנוסף, Webb מציע יציבות יוצאת דופן, מה שאומר שהוא יכול להצביע על מטרה ולא להתנדנד, הודות למיקומו בחלל. כל זה אומר שהוא יכול לאסוף כמה מהנתונים המדויקים ביותר עד כה על צדק.

בודקים את הגבולות של ווב

בעת הערכת הצעות כיצד ניתן להשתמש בג'יימס ווב, הסביר דה פאטר, שהוועדה החליטה עליהם אילו פרויקטים להמשיך רצו קודם כל לראות את הרעיונות של קהילת האסטרונומיה לגבי מה הטלסקופ יכול לַעֲשׂוֹת. "אז הם באמת חיפשו פרויקטים שדחפו את JWST לקצה גבול היכולת", אמרה. "זה מה שהפרויקט שלנו עושה."

הם ישתמשו בכל ארבעת המכשירים של ווב בשילובים שונים עבור מטרות שונות במערכת, כדי לבחור תכונות שונות כמו הרי געש, טבעות ושכבות של האטמוספירה של כוכב הלכת.

התוכנית הייתה לצפות בצדק, בטבעותיו ובירחיו איו וגנימד, אך מספר שנים לאחר שהצוות הגיש ההצעה שלהם התעוררה בעיה בלתי צפויה - הטלסקופ היה למעשה רגיש מדי עבור חלק גדול מהעבודה המתוכננת על צדק. "הטלסקופ היה הרבה יותר רגיש ממה שהם ציפו, אז נאלצנו לשנות מספר מהתצפיות שלנו על צדק - ואנחנו יכולים לעשות פחות על צדק עצמו ממה שציפינו במקור."

אבל הצוות עדיין ידע שהם יכולים לקבל נתונים יקרי ערך ולמצוא דרכים לעשות את העבודה שהם רוצים. הם שינו גורמים כמו באילו מסננים הם ישתמשו, ובחנו שדות ראייה קטנים יותר.

מדוע יופיטר מספק אתגר כזה

הרעיון שטלסקופ רגיש מדי עשוי להישמע מנוגד לאינטואיציה. אבל תחשוב על זה כמו לצלם כשהוא מול השמש: כל הצבעים מתפוצצים כך שהכל נראה לבן ומפושט וקשה לראות פרט כלשהו. האור שמגיע מהשמש פשוט בהיר מדי, מה שמוביל לתמונה חשופה מדי.

אותו דבר קורה כאשר חוקרים גופים אסטרונומיים. כוכבי לכת אינם פולטים הרבה אור בהשוואה לכוכבים, מכיוון שהם אינם מפיקים אור משלהם אלא רק מחזירים אור מהכוכבים שלהם. זה הופך את כוכבי לכת הרבה יותר עמומים מכוכבים בסך הכל. אבל כשאתה מסתכל על פרטים זעירים או מחפש גופים קטנים עוד יותר כמו ירחים, או בפרטים עדינים כמו טבעות, אז האור מכוכב לכת יכול ליצור בוהק בנתונים שאתה אוסף.

זה האתגר הגדול כשמשתמשים ב-Webb כדי לחקור את הירחים או הטבעות של צדק: לנסות לאפשר את האור מהכוכב כך שניתן יהיה לראות את העצמים הקטנים האלה בפירוט. צדק הוא אחד מהעצמים הבהירים ביותר בשמיים, כך שזו משימה לא קלה.

למרבה המזל, לאסטרונומים יש ניסיון רב בתצפית על טבעות פלנטריות באמצעות כלים אחרים כמו טלסקופ החלל האבל. "אז אנחנו משתמשים בידע הזה עבור תצפיות JWST," הסביר דה פאטר. הצוות יצפה בטבעות ב"זוויות גלגול" שונות, כלומר הטבעות יועברו לכיוונים מעט שונים בגלאי. על ידי התבוננות בטבעות בזוויות שונות, הם יכולים לראות כיצד האור המפוזר מכוכב הלכת נופל על הטבעות. אז ניתן לגרוע את האור הזה, ולהשאיר רק את האור מהטבעות עצמן.

חקר כוכבי לכת במערכת השמש שלנו ומחוצה לה

השימוש בווב לחקר צדק אינו רק דרך לבדוק את הגבולות של הטלסקופ החדש הזה. חקר כוכבי לכת במערכת השמש שלנו יכול גם לעזור להבין כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו, המכונים כוכבי לכת חיצוניים.

אחת המטרות הגדולות של מדע כוכבי הלכת היום היא ללכת מעבר לזיהוי כוכב לכת והערכתו גודל או מסה, ולבנות הבנה מלאה יותר שלו על ידי הסתכלות האם יש לו אַטמוֹספֵרָה.

אבל כדי להבין כוכבי לכת במערכות מרוחקות, זה עוזר להבין את כוכבי הלכת שלנו. ווב יסתכל על האטמוספרות של ענקי גז מרוחקים, שאותם נוכל להשוות למה שאנו יודעים על האטמוספרות של צדק ושבתאי.

יתרה מזאת, על ידי שימוש ב-Webb כדי לחקור את צדק, הצוות של דה פאטר יפתח סט כלים שיוכלו לשמש אחרים בקהילת האסטרונומיה כדי לחקור כוכבי לכת אחרים ב מערכת השמש שלנו, ולתת הצצה למה ווב עשוי לגלות עליהם - כולל כוכבי הלכת הרחוקים המסקרנים והנחקרים לעתים נדירות של אורנוס ו נפטון.

"הצוות שלנו יפתח תוכנה שיכולה לשמש עבור המערכת Jovian, אבל גם עבור מערכת שבתאי, עבור אורנוס ונפטון. ואנחנו יכולים להראות לאנשים למה אתה יכול לצפות בהתבסס על התצפיות שלנו", אמר דה פאטר. "זה בהחלט מוצא דרך בדרך זו."

המלצות עורכים

• זו הסיבה שמדענים חושבים שהחיים אולי שגשגו על 'כוכב הגיהנום' נוגה
• התקרב לתמונה המדהימה של ג'יימס ווב כדי לראות גלקסיה שנוצרה לפני 13.4 מיליארד שנים
• ג'יימס ווב מזהה את החור השחור הסופר-מאסיבי הפעיל הרחוק ביותר שהתגלה אי פעם
• ג'יימס ווב מזהה רמזים למבנה בקנה מידה גדול של היקום
• ג'יימס ווב מזהה מולקולה חשובה בערפילית אוריון המדהימה