איך טלסקופ החלל ג'יימס ווב יצוד אחר כוכבי לכת חיצוניים

כאשר טלסקופ החלל ג'יימס ווב שהושק לאחרונה מתפרש במלואו ומגיע לאינטרנט, זה לא יהיה רק ​​עוד כלי לאסטרונומים לחקור את היקום. עם טכנולוגיית הספקטרוסקופיה החדישה שלו, הוא יוכל להציץ החוצה אל חשכת החלל לראות אובייקטים רחוקים בפירוט רב יותר מאי פעם - הרבה יותר מקודמו, חלל האבל טֵלֶסקוֹפּ. זה הולך לחולל מהפכה בהבנתנו את כוכבי לכת חיצוניים, וזה יכול אפילו לעזור לנו ללמוד מאיפה באנו ואיפה עוד ביקום אפשר למגורים.

כדי להבין איך טלסקופ החלל ג'יימס ווב יעזור לנו לחקור כדורי סלע מסתובבים של טריליוני קילומטרים משם (ולמה אסטרונומים רוצים), דיברנו עם שניים חוקרים שיעבדו עם ג'יימס ווב לאחר הפריסה: נסטור אספינוזה ממכון מדעי טלסקופ החלל ואנטונלה נוטה מסוכנות החלל האירופית (ESA).

קפיצת מדרגה ענקית קדימה

בשנים האחרונות, חוקרים זיהו כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש שלנו באמצעות טלסקופים כמו TESS (הלווין ה-Transiting Exoplanet Survey) או ה טלסקופ חלל קפלר

. אלה מסוגלים להסתכל על הכוכבים הבהירים ביותר ולראות שינויים בבהירות שלהם כאשר כוכב לכת עובר בינם לבינינו באמצעות טכניקה הנקראת שיטת מעבר. זהו הישג מרשים של תצפית מדעית, אבל זה לא אומר לנו הרבה על איך הם כוכבי הלכת האלה - רק גודלם המשוער ומדי פעם המסה שלהם.

אם אנחנו רוצים לדעת איך הוא כוכב לכת - האם יש לו אטמוספירה? ממה הוא מורכב יש עננים בשמיים? יש שם מים? - אנחנו צריכים להסתכל בפירוט רב הרבה יותר. זה מה ש-Webb הולך לעשות, אבל זה אתגר טכני עצום. זו הסיבה ש-NASA, ESA וסוכנות החלל הקנדית (CSA) עובדים יחד על הפרויקט הזה.

"ווב רגיש פי מאה מהאבל, ובגלל זה, ווב יוכל לחשוף את הפרטים הקלושים ביותר בפינות הרחוקות ביותר של היקום הרחוק מאוד, ברזולוציה מעולה", נוטה הסביר.

בעוד האבל כבר רגיל למד עוד על כוכבי לכת, אספינוזה אמר, "ההשקפה שהיא נותנת לך היא מאוד צרה. זה נותן לך תכונה אחת, אולי." לשם השוואה, הוא אמר, ווב הולך להיות "מעורר מחשבה", ומאפשר לנו לראות כמה תכונות בו-זמנית ולהסתכל על כוכבי לכת קטנים יותר. "זה הולך להיות השינוי הראשון שלנו להסתכל על כוכבי לכת קטנים יותר בפרטי פרטים."

האבל פועל גם באורך הגל של האור הנראה, לוכד תמונות בטווח האור שאנו יכולים לראות. אבל ג'יימס ווב יעבוד באורך גל אינפרא אדום, שיכול לבחור תכונות שונות ו להציץ דרך אבק מסתיר, "לפתוח צוהר ליקום שיהיה חדש לגמרי", כמו נוטה לשים את זה.

האבל ו-ווב יוכלו לעבוד יחד, לאסוף נתונים משלימים על אותם יעדים. אז אם אתה אוהב את תמונות יפות של חלל שצולמו על ידי האבל, אל תדאג, אלה לא ייעלמו. אנחנו פשוט נשיג כלי נוסף להבנה עמוקה עוד יותר.

"ג'יימס ווב הולך להיות מהפכני. ממש מהפכני", אמר אספינוזה. "זה יאפשר לנו לראות דברים שציפינו לזהות הרבה זמן אבל לא הייתה לי את הטכנולוגיה לראות, ואני די בטוח שהיא תזהה דברים שאנחנו לא חושבים שֶׁל."

עדכון הטכנולוגיה של האבל משנות השמונים

חוקרים עשו עבודה יוצאת דופן במציאת כוכבי לכת אקסו-פלנטים ולמדו עליהם באמצעות מכשירים הזמינים כיום, וגילו עד כה למעלה מ-4,000 כוכבי לכת. עם זאת, תחום זה הוא עדכני מאוד, כאשר כוכבי הלכת הראשונים מחוץ למערכת השמש שלנו זוהו בשנות ה-90. זה אומר שמכשירים רבים מהדור הנוכחי, כמו האבל, מעולם לא תוכננו מתוך מחשבה על מחקרים על כוכבי לכת.

"האבל היא טכנולוגיה של שנות ה-80", אמר אספינוזה. "שום דבר נגד שנות ה-80 - אני אוהב את שנות ה-80, במיוחד את המוזיקה! - אבל הטכנולוגיה התפתחה המון. סוג הגלאים שהיו לנו אז הם כלום בהשוואה לסוג הגלאים שיש לנו עכשיו".

ג'יימס ווב, לעומת זאת, תוכנן מתוך כוונה ספציפית לשמש לאפיון כוכבי לכת חיצוניים, וזה היה בחזית עקרונות העיצוב שלו. לדוגמה, כאשר ווב מצביע על כוכב, הוא יצביע על פיקסל מסוים בדיוק גבוה מאוד והוא לא יצביע על פיקסל מסוים. לזוז בכלל, מה שמאפשר לחוקרים למדוד בצורה מדויקת מאוד כל צניחה בבהירות שיכולה לתת רמזים לכוכב לכת ב מַסלוּל.

רמת דיוק זו מאפשרת ל-Webb לבצע את הפונקציה המרגשת ביותר הקשורה לכוכב הלכת החיצוני שלו: זיהוי האם לכוכב הלכת החיצוני יש אטמוספרה, וממה מורכבת האטמוספירה הזו. "הפרטים הקטנים שחשובים המון כשאתה מנסה לזהות אטמוספרות של כוכבי לכת," הסביר אספינוזה.

חקירת כוכבי לכת חיצוניים באמצעות אור אינפרא אדום

למרות שחוקרים הגיעו עם כמה דרכים יצירתיות מאוד ל לזהות אטמוספרות של כוכבי לכת, זה לא משהו שהמכשירים הנוכחיים תוכננו לעשות. זו הסיבה שהיכולות של ווב יהיו כל כך מהפכניות.

כדי להציץ אל היקום, לווב יש ארבעה מכשירים שיסתכלו באורך הגל האינפרא אדום. הם כוללים את המצלמה של Near-Infrared (NIRCam) ואת Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). אז יש את חיישן הנחיה העדינה/תמונה אינפרא-אדום קרוב וספקטרוגרף חסר חריצים (FGS/NIRISS), שכפי שמרמזים השמות שלהם, ייראה בפס הקרוב לאינפרא אדום. לבסוף, יש את מכשיר האינפרה האדום האמצעי (MIRI), שנראה על פני טווח רחב באינפרא אדום הרחוק.

אבל אלה מכשירים רגישים, והם דורשים סביבה מתוחזקת בקפידה כדי לעבוד. אז הטכנולוגיה סביבם חייבת להיות חדישה גם כן.

"ווב מלא עד גבול הטכנולוגיה החדשה והמורכבת, החל מגלאי ה-IR הרגישים, ועד למגן השמש הדק של קפטון בגודל מגרש טניס, חמש שכבתי, שיגן המכשור מקרינת השמש ויאפשר לטלסקופ ולגלאים להגיע לטמפרטורה הקרה הדרושה לצפייה באינפרא אדום", נוטה אמר.

היא גם הצביעה על הפרטים הקטנים על המכשירים, כמו מערך המיקרו-תריסים של NIRSpec, שהוא קבוצה של חלונות עם תריסים זעירים בגודל של כמה שערות אדם. זה יאפשר למכשיר לצפות במאות עצמים בו זמנית. "ראשון מוחלט באסטרונומיית החלל, שבה ספקטרוסקופיה נעשית באופן מסורתי אובייקט אחד בכל פעם", אמר נוטה.

להבין מאיפה באנו

הדחף לראות אם לכוכב מרוחק יש אטמוספירה אינו רק פריחה מדעית, או סקרנות סרק לגבי מה הם המקומות הרחוקים האלה. במקום זאת, זה המפתח להבנה כיצד כוכבי לכת - כולל שלנו - נוצרים.

כשזה מגיע להבנת איך נוצרה מערכת השמש שלנו, החוקרים מריצים מודלים ומנסים לראות איך יכולנו להגיע להרכב כוכבי הלכת שאנו רואים. "אבל כרגע יש לנו גודל מדגם של אחד," ציין אספינוזה. "מערכת השמש שלנו. זהו זה. כעת אנו נמצאים בעידן שבו אנו יכולים להציץ לתוך ההרכבים של מערכות שמש אחרות. וכיצד נוצרים כוכבי הלכת מגדיר את ההרכב הכימי שלהם."

אז כשאנחנו מסתכלים על האטמוספירה של כוכב הלכת מרוחק, אנחנו לומדים איך זה נוצר. ומתוך כך, אנחנו יכולים לבנות תמונה של איך נוצרים כוכבי לכת ומערכות שמש בהתבסס על מקרים נוספים מאשר זה שבחצר האחורית שלנו. "אז לקבל את הרמזים האלה של חתימות היווצרות בכוכבי לכת החיצוניים האלה דרך הכימיה שאנו רואים ב אטמוספרות הן בסיסיות לחלוטין עבורנו כדי להבין איך הן נוצרו, ולכן איך הגענו", הוא אמר.

ציד למגורים

אולי הסיבה המרגשת ביותר להסתכל על אטמוספרות של כוכבי לכת היא להבין היכן עוד ביקום החיים עשויים לפרוח. "אחת השאלות המרכזיות ש-ווב ילמד היא מקורות החיים", אמרה נוטה. "ישנם מגוון עצום של עולמות אקסו, יותר ממה שיכולנו לדמיין. ישנם כוכבי לכת גז בגודל צדק הסובבים קרוב מאוד לכוכב שלהם, "על-כדור הארץ" סלעי ענק ו"חמים" נפטון.' לחלקם עשויים להיות תנאי הטמפרטורה הנכונים וההרכב הנכון לארח חַיִים."

אבל כדי לקבוע אם כוכב לכת ראוי למגורים, אמר אספינוזה, זה לא מספיק רק לדעת את גודלו ומסה שלו. אחרי הכל, כאשר אנו מוצאים כוכב לכת בגודל כדור הארץ ובעל מסה דומה, אנשים מניחים לעתים קרובות שזה יהיה מקום דמוי כדור הארץ. אבל נוגה ומאדים הם בגדלים ומסות דומים בערך לכדור הארץ, ויש להם אטמוספרות שאינן מסבירות פנים לצורת החיים שלנו. "ונוס היא המקום הגרוע ביותר לצאת לחופשה!" הוא התבדח, עם הלחץ העצום והאטמוספירה הרעילה המלאה בפחמן דו חמצני. מאדים אינו טוב בהרבה, עם האטמוספירה הדקה ביותר ובלתי-נשימה שלו, שהיא רק 1% מהצפיפות של האטמוספירה שלנו על כדור הארץ.

אז אנחנו צריכים לדעת על אטמוספרות כדי לדעת אם כוכב לכת בודד ראוי למגורים. וחשוב אף יותר, כדי לקבל הערכה של כמה כוכבי לכת ראויים למגורים יכולים להיות שם בחוץ, עלינו לדעת אילו סוגי אטמוספרות אופייניים לכוכבי לכת בגודל כמו שלנו. "מהי האווירה הנפוצה ביותר שהטבע יוצר?" שאלה אספינוזה. "זה יכול להיות דמוי נוגה או דמוי מאדים, וכדור הארץ הוא חריג." או שיכול להיות שאטמוספרות דמויות כדור הארץ הן אופייניות, ומספר כוכבי הלכת הניתנים למגורים בחוץ הוא עצום.

מושיט יד אל הלא נודע

ווב לא יסתכל רק על כוכבי לכת חיצוניים. הוא יבצע מגוון עצום של מחקר, מהסתכלות אחורה אל השלבים המוקדמים ביותר של היקום כדי לראות את הגלקסיות הראשונות נוצרות, וכלה בצפייה כיצד כוכבים נולדים מאבק וגז מסתחררים. עם שלה השנה הראשונה של פעולות מדעיות מתוכננות, אנחנו רק מגרדים את פני השטח של מה הכלי החדש הזה יכול לשמש. נצטרך לחכות ולראות אילו פלאים אסטרונומיים אחרים הוא יוכל לפרום.

"אני חושב שהתגלית הגדולה ביותר תהיה זו שאף אחד לא מצפה לה", אמרה נוטה. "זה שישנה את הדרך שבה אנחנו רואים את היקום, זה שיגדיר, אולי אחת ולתמיד, מה המקום שלנו ביקום."

המלצות עורכים

• ג'יימס ווב מבחין באבק עתיק שיכול להיות מהסופרנובות המוקדמות ביותר
• 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