James Webb의 첫 번째 연구 대상은 집과 가까울 것입니다.

전 세계 천문학자들은 가능할 새로운 과학에 대한 기대로 떠들썩합니다. 세계에서 가장 강력한 우주망원경인 제임스 웹 우주망원경이 완성되면 시운전. 2021년 12월 25일 망원경이 발사된 이후 하드웨어를 최종 구성으로 펼치고 태양 주위의 최종 궤도에 도달했으며 미러를 기본 카메라와 정렬하는 작업을 완료했지만 준비가 되기 전에 기기 보정과 같은 단계가 아직 남아 있습니다. 과학적 사용.

이번 여름에 마무리될 커미셔닝 단계가 완료되는 즉시 과학 관찰이 시작됩니다. 그리고 망원경의 고감도 및 적외선 기능이 이를 가능하게 하므로 상황이 흥미진진해지는 곳입니다. 현재의 우주 기반 망원경으로 관찰되는 것보다 훨씬 더 희미한 매우 먼 물체를 관찰하기 위해 허블. 그것은 천문 관측의 새로운 시대를 열 것이며 다음과 같은 주제를 조사하는 데 도움이 될 수 있습니다. 최초의 은하가 어떻게 형성되었는지, 다른 항성계의 행성에 대기가 있는지 여부와 같이 광범위합니다. 아니면.

처음 5개월 동안 이 새로운 망원경의 기능을 테스트하기 위해 13개의 프로젝트가 선택되었습니다. 상상할 수 있듯이 이 새로운 도구에 대한 첫 번째 시도를 해야 하는 프로젝트는 사나운.

대부분의 13개 프로젝트 선정 블랙홀이나 멀리 떨어진 은하와 같은 먼 물체를 볼 것입니다. 그러나 하나의 프로젝트는 우주 뒷마당에 있는 목성에서 집에 더 가깝게 보일 것입니다.

연구자들이 이 거대하고 아름다운 가스 거인에 대해 무엇을 발견하기를 바라는지 알아보고 왜 그렇게 상대적으로 가까운 목표물을 발견했는지 알아보기 위해 이러한 강력한 망원경을 테스트하는 데 사용되고 있기 때문에 우리는 목성 관측의 리더인 Berkeley 천문학자 Imke de Pater와 이야기를 나눴습니다. 팀.

탐색할 수 있는 전체 시스템

멀리 떨어져 있는 외계 행성이나 우리 태양계의 더 멀리 떨어져 있는 얼음 거대 행성에 비해 천문학자들은 목성에 대해 많은 것을 알고 있습니다. 2003년까지 지구 궤도를 돌았던 갈릴레오와 같은 임무와 지상 망원경의 관측, 그리고 주노 지금도 그곳을 돌고 있습니다.

그러나 과학에서 종종 그렇듯이 우리가 지구에 대해 얻는 모든 데이터는 더 많은 질문을 제기할 수 있습니다. "우리는 여러 우주선과 함께 거기에 있었고 허블과 전자기 스펙트럼 전체의 파장에서 많은 지상 망원경으로 행성을 관찰했습니다. (UV에서 미터 파장까지) 목성 자체, 대기, 내부, 달과 고리에 대해 엄청난 양을 배웠습니다.”라고 de는 말했습니다. 페이터. "하지만 더 많은 것을 배울 때마다 아직 이해하지 못하는 것이 있기 때문에 항상 더 많은 데이터가 필요합니다."

목성에 대해 우리가 가지고 있는 가장 큰 공개 질문 중 일부는 대기, 대기의 층 사이에서 열이 이동하는 방식 및 대기가 자기권과 상호 작용하는 방식과 같습니다.

그러나 그 그룹은 목성 자체만 보는 것이 아니라 대적점(거대한 폭풍 지구 전체를 집어삼킬 만큼 큰 점으로 볼 수 있음)과 행성의 남극(특이한 오로라). 그들은 또한 행성의 희미한 고리와 이오와 가니메데를 포함한 위성을 포함한 전체 목성계를 볼 것입니다.

예를 들어 이오는 태양계에서 가장 화산 활동이 활발한 곳이며 가니메데는 자체적으로 자기권을 생성하는 것으로 알려진 유일한 위성입니다. 전체적으로 Jovian 시스템은 Webb 기능의 한계를 테스트하기에 이상적인 장소입니다.

적외선 들여다보기

이러한 복잡한 주제에 대한 학습을 ​​돕기 위해 de Pater의 그룹은 James Webb의 적외선 기능을 활용하여 연구원들이 행성의 대기를 더 깊이 들여다볼 수 있도록 합니다.

이러한 기능을 통해 가시광선 파장을 관찰함으로써 가능할 것보다 대기를 연구할 수 있습니다. "가시 파장 범위에서는 기본적으로 구름이 보입니다."라고 그녀는 설명했습니다. “적외선 파장에서는 파장에 따라 구름 위와 아래를 조사할 수 있습니다. 다른 파장에서 대기의 불투명도에 따라 대기의 다른 고도를 볼 수 있습니다. 대기(즉, 특정 파장에서 얼마나 많은 '빛'이 흡수되는지에 따라 얼마나 깊이 관찰할 수 있는지가 결정됩니다. 행성)."

이 연구에 특히 유용한 것은 Webb의 MIRI 또는 ​​Mid-Infrared Instrument를 사용하여 볼 수 있는 중적외선 파장입니다.

"가장 큰 장점은 중적외선 파장에 있습니다."라고 de Pater는 설명했습니다. "우리는 지상에서 이러한 파장 중 일부를 관찰할 수 있지만 지구의 대기는 너무 격렬하여 우리가 지상에서 얻는 것은 관찰을 잘 보정할 수 없습니다.” 이는 더 많은 불확실성을 의미합니다. 데이터; 지구의 배경 적외선에 의해 악화되는 문제.

그러나 James Webb과 같은 우주 기반 망원경을 사용하면 방해가 되는 대기와 배경 방사선이 없으므로 수집된 데이터가 훨씬 더 정확할 것입니다. 또한 Webb은 뛰어난 안정성을 제공합니다. 즉, 공간에 배치되어 흔들리지 않고 대상을 가리킬 수 있습니다. 이 모든 것은 목성에 대한 가장 정확한 데이터를 수집할 수 있음을 의미합니다.

Webb의 한계 테스트

James Webb을 사용할 수 있는 방법에 대한 제안을 평가할 때 de Pater는 다음을 결정하는 위원회에 대해 설명했습니다. 망원경이 무엇을 할 수 있는지에 대한 천문학 커뮤니티의 아이디어를 보고 싶었던 프로젝트를 먼저 추구했습니다. 하다. "그래서 그들은 JWST를 한계까지 밀어붙이는 프로젝트를 정말로 찾았습니다."라고 그녀는 말했습니다. "그게 우리 프로젝트가 하는 일입니다."

그들은 화산, 고리 및 행성 대기층과 같은 다양한 기능을 선택하기 위해 시스템의 다른 대상에 대해 서로 다른 조합으로 네 가지 Webb의 도구를 모두 사용할 것입니다.

계획은 목성과 그 고리, 위성인 이오와 가니메데를 관찰하는 것이었지만 팀이 제출한 지 몇 년 후였습니다. 그들의 제안에 예상치 못한 문제가 발생했습니다. 망원경은 계획된 많은 작업에 실제로 너무 민감했습니다. 목성. "망원경은 그들이 예상했던 것보다 훨씬 더 민감했기 때문에 우리는 목성에 대한 많은 관측을 변경해야 했습니다. 그리고 우리는 원래 예상했던 것보다 목성 자체에 대해 더 적은 일을 할 수 있습니다."

그러나 팀은 귀중한 데이터를 얻을 수 있고 원하는 작업을 수행할 수 있는 방법을 찾을 수 있다는 것을 여전히 알고 있었습니다. 그들은 사용할 필터와 같은 요소를 변경하고 더 작은 시야를 살펴보았습니다.

Jupiter가 그러한 도전을 제공하는 이유

망원경이 너무 민감하다는 생각은 반직관적으로 들릴 수 있습니다. 하지만 태양을 바라보며 사진을 찍는 것과 같다고 생각하세요. 모든 색상이 날아가서 모든 것이 하얗게 보이고 어떤 디테일도 보기 어렵습니다. 태양에서 오는 빛이 너무 밝아서 과다 노출된 이미지로 이어집니다.

천체를 연구할 때도 마찬가지입니다. 행성은 스스로 빛을 내는 것이 아니라 별의 빛을 반사하기 때문에 별에 비해 빛을 많이 발산하지 않습니다. 그것은 행성을 전체적으로 별보다 훨씬 어둡게 만듭니다. 그러나 작은 세부 사항을 보거나 달과 같은 더 작은 천체 또는 고리와 같은 미세한 세부 사항을 찾고 있을 때 행성에서 나오는 빛은 수집하는 데이터에 눈부심을 일으킬 수 있습니다.

Webb을 사용하여 목성의 위성이나 고리를 연구할 때 큰 도전이 됩니다. 이 작은 물체를 자세히 볼 수 있도록 행성의 빛을 허용하려고 합니다. 목성은 하늘에서 가장 밝은 물체 중 하나이므로 이것은 쉬운 일이 아닙니다.

다행스럽게도 천문학자들은 허블 우주 망원경과 같은 다른 도구를 사용하여 행성 고리를 관찰한 경험이 많습니다. "그래서 우리는 그 지식을 JWST 관찰에 사용합니다."라고 de Pater는 설명했습니다. 팀은 서로 다른 "롤 각도"에서 링을 관찰할 것입니다. 즉, 링이 감지기에서 약간 다른 방향으로 이동한다는 의미입니다. 서로 다른 각도에서 고리를 관찰함으로써 그들은 행성에서 산란된 빛이 어떻게 고리에 떨어지는지 볼 수 있습니다. 그런 다음 이 빛을 빼서 고리 자체의 빛만 남길 수 있습니다.

태양계와 그 너머의 행성 연구

Webb을 사용하여 목성을 연구하는 것은 이 새로운 망원경의 한계를 테스트하는 유일한 방법이 아닙니다. 우리 태양계의 행성을 연구하면 외계 행성이라고 하는 태양계 외부의 행성을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

오늘날 외계 행성 과학의 큰 목표 중 하나는 행성을 식별하고 추정하는 것 이상입니다. 크기 또는 질량, 그리고 그것이 있는지 여부를 살펴봄으로써 더 완전한 이해를 구축합니다. 대기.

그러나 먼 시스템에 있는 행성을 이해하려면 우리 시스템에 있는 행성을 이해하는 데 도움이 됩니다. Webb은 먼 가스 거인의 대기를 보고 목성과 토성의 대기에 대해 우리가 알고 있는 것과 비교할 수 있습니다.

또한 Webb을 사용하여 목성을 연구함으로써 de Pater의 팀은 천문학 커뮤니티의 다른 사람들이 다른 행성을 연구하는 데 사용할 수 있는 일련의 도구를 개발할 것입니다. 흥미롭고 거의 연구되지 않은 먼 행성인 천왕성과 해왕성.

“우리 팀은 목성계뿐만 아니라 토성계, 천왕성과 해왕성에도 사용할 수 있는 소프트웨어를 개발할 것입니다. 그리고 우리는 우리의 관찰을 바탕으로 기대할 수 있는 것을 사람들에게 보여줄 수 있습니다.”라고 de Pater는 말했습니다. "그것은 확실히 그런 식으로 개척자입니다."

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