제임스 웹 우주 망원경이 외계 행성을 찾는 방법

때 새로 발사된 제임스 웹 우주 망원경 완전히 펼쳐져 온라인에 제공된다면 천문학자들이 우주를 탐험하기 위한 또 다른 도구가 아닐 것입니다. 최첨단 분광학 기술로 우주의 어둠 속까지 들여다볼 수 있으며, 전작인 허블 우주보다 훨씬 더 멀리 있는 물체를 그 어느 때보다 더 자세히 볼 수 있습니다. 망원경. 이는 외계 행성에 대한 우리의 이해를 혁신적으로 변화시킬 것이며, 우리가 어디에서 왔는지, 우주의 다른 곳에 거주할 수 있는지를 배우는 데도 도움이 될 수 있습니다.

제임스 웹 우주 망원경이 수조 마일 떨어진 회전하는 암석 공을 연구하는 데 어떻게 도움이 되는지(그리고 천문학자들이 원하는 이유)에 대해 자세히 알아보기 위해 우리는 두 사람과 이야기를 나눴습니다. 배치 후 James Webb과 함께 작업할 연구원: 우주 망원경 과학 연구소의 Néstor Espinoza 및 유럽 우주국의 Antonella Nota (ESA).

거대한 도약

최근 몇 년 동안 연구자들은 다음과 같은 망원경을 사용하여 태양계 외부의 행성을 식별했습니다. 테스 (Transiting Exoplanet Survey Satellite) 또는 케플러 우주 망원경. 이들은 가장 밝은 별을 볼 수 있으며 행성이 우리와 별 사이를 지나갈 때 밝기의 변화를 볼 수 있습니다. 대중교통수단. 이것은 과학적 관찰의 인상적인 업적이지만 그 행성이 어떤 것인지에 대해 많은 것을 알려주지는 않습니다. 단지 대략적인 크기와 때로는 질량만 알 수 있습니다.

행성이 어떤지 알고 싶다면 대기가 있습니까? 그것은 무엇으로 구성되어 있습니까? 하늘에 구름이 있나요? 거기 물이 있어요? — 우리는 훨씬 더 자세히 살펴볼 필요가 있습니다. 이것이 Webb이 할 일이지만 엄청난 기술적 과제입니다. 이것이 NASA, ESA, 캐나다 우주국(CSA)이 모두 이 프로젝트에 협력하는 이유입니다.

“웹은 허블보다 100배 더 민감하기 때문에 웹은 다음과 같은 사실을 밝힐 수 있을 것입니다. 매우 먼 우주의 가장 먼 구석에 있는 가장 희미한 세부 사항을 절묘한 해상도로 포착합니다.” Nota 설명했다.

허블이 사용되는 동안 외계 행성에 대해 더 알아보고, 에스피노자는 “그것이 주는 시야는 매우 좁다. 아마도 한 가지 기능을 제공할 것입니다.” 이에 비해 Webb은 우리가 여러 특징을 한 번에 볼 수 있고 더 작은 행성을 볼 수 있게 해 주는 "놀랍게도" 될 것이라고 그는 말했습니다. "작은 행성을 자세히 관찰하는 것이 우리의 첫 번째 변화가 될 것입니다."

허블은 또한 가시광선 파장에서도 작동하여 우리가 볼 수 있는 빛 범위의 이미지를 캡처합니다. 그러나 James Webb은 다양한 특징을 찾아낼 수 있는 적외선 파장에 대해 연구할 예정입니다. Nota처럼 눈에 보이지 않는 먼지 사이로 "완전히 새로운 우주를 향한 창을 열어줍니다" 넣어 라.

허블과 웹은 함께 협력하여 동일한 목표에 대한 보완적인 데이터를 수집할 수 있습니다. 그러니 당신이 사랑한다면 허블이 포착한 아름다운 우주 이미지, 걱정하지 마세요. 이 기능은 사라지지 않을 것입니다. 우리는 더 깊은 이해를 위한 또 다른 도구를 얻게 될 것입니다.

“제임스 웹은 혁명을 일으킬 것입니다. 말 그대로 혁명적이었습니다.”라고 Espinoza는 말했습니다. “이를 통해 우리는 오랫동안 탐지할 것으로 기대했지만 탐지하지 못한 것들을 볼 수 있게 될 것입니다. 볼 수 있는 기술이 있었고 우리가 생각하지 못한 것을 감지할 것이라고 확신합니다. 의."

허블의 1980년대 기술 업데이트

연구자들은 현재 사용 가능한 도구를 사용하여 외계 행성에 대해 찾고 학습하는 놀라운 일을 수행했으며 지금까지 4,000개 이상의 외계 행성을 발견했습니다. 그러나 이 분야는 매우 최근의 것으로, 1990년대에 태양계 밖의 첫 번째 행성이 ​​확인되었습니다. 이는 허블과 같은 많은 최신 장비가 외계 행성 연구를 염두에 두고 설계되지 않았음을 의미합니다.

“허블은 80년대 기술입니다.” 에스피노자가 말했습니다. “80년대에 반대되는 것은 없습니다. 저는 80년대를 좋아합니다. 특히 음악을 좋아해요! – 하지만 기술은 엄청나게 발전했습니다. 그 당시 우리가 가지고 있던 종류의 탐지기는 지금 우리가 갖고 있는 종류의 탐지기에 비하면 아무것도 아닙니다.”

반면에 James Webb은 외계 행성 특성화에 사용하려는 특별한 의도로 설계되었으며 이는 설계 원칙의 최전선에 있었습니다. 예를 들어 Webb가 별을 가리키면 매우 높은 정밀도로 특정 픽셀을 가리키지만 이를 통해 연구자들은 행성에 대한 단서를 제공할 수 있는 밝기 저하를 매우 정확하게 측정할 수 있습니다. 궤도.

이러한 수준의 정밀도를 통해 Webb는 외계 행성과 관련된 가장 흥미로운 기능, 즉 외계 행성에 대기가 있는지 여부와 그 대기가 무엇으로 구성되어 있는지 감지하는 기능을 수행할 수 있습니다. Espinoza는 "외계 행성의 대기를 감지하려고 할 때 매우 중요한 작은 세부 사항"이라고 설명했습니다.

적외선을 이용한 외계 행성 조사

연구자들이 몇 가지 연구 결과를 내놓았음에도 불구하고 매우 창의적인 방법 에게 외계 행성 대기 감지, 이는 현재의 장비가 수행하도록 설계된 작업이 아닙니다. 이것이 Webb의 기능이 그토록 혁명적인 이유입니다.

우주를 들여다보기 위해 Webb은 적외선 파장을 볼 수 있는 4개의 장비를 보유하고 있습니다. 여기에는 근적외선 카메라(NIRCam)와 근적외선 분광기(NIRSpec)가 포함됩니다. 그 다음에는 이름에서 알 수 있듯이 근적외선 대역을 관찰하는 정밀 유도 센서/근적외선 이미저 및 무슬릿 분광기(FGS/NIRISS)가 있습니다. 마지막으로 원적외선의 넓은 범위를 관찰하는 MIRI(Mid-Infrared Instrument)가 있습니다.

그러나 이는 민감한 장비이므로 작동하려면 주의 깊게 유지 관리되는 환경이 필요합니다. 따라서 그들을 둘러싼 기술도 최첨단이어야 합니다.

“Webb은 민감한 IR 감지기부터 테니스 코트 크기의 5겹 얇은 Kapton 선실드에 이르기까지 새롭고 복잡한 기술을 최대한 활용하고 있습니다. 태양복사로부터 장비를 작동시켜 망원경과 탐지기가 적외선을 관찰하는 데 필요한 차가운 온도에 도달할 수 있도록 해줄 것입니다.” Nota 말했다.

그녀는 또한 사람 머리카락 몇 개 크기의 작은 셔터가 달린 창 세트인 NIRSpec의 마이크로셔터 어레이와 같은 계측기의 미세한 세부 사항을 지적했습니다. 이를 통해 기기는 수백 개의 물체를 동시에 관찰할 수 있습니다. Nota는 "전통적으로 분광학이 한 번에 한 물체씩 수행되는 우주 천문학에서는 절대적인 최초의 사례입니다."라고 말했습니다.

우리가 어디서 왔는지 이해하기

먼 행성에 대기가 있는지 알아보려는 원동력은 단순한 과학적 번영이나 멀리 떨어진 장소가 어떤지에 대한 쓸데없는 호기심이 아닙니다. 오히려 우리 행성을 포함한 행성이 어떻게 생성되는지 이해하는 것이 중요합니다.

우리 태양계가 어떻게 형성되었는지 이해하기 위해 연구자들은 모델을 실행하고 우리가 보는 행성의 구성이 어떻게 끝날 수 있었는지 확인하려고 노력합니다. "그러나 현재 우리는 표본 크기가 1개입니다."라고 Espinoza는 지적했습니다. "우리 태양계. 그게 다야. 이제 우리는 다른 태양계의 구성을 들여다볼 수 있는 시대에 와 있습니다. 그리고 행성이 어떻게 형성되는지에 따라 화학적 구성이 결정됩니다.”

그래서 우리는 멀리 떨어진 외계 행성의 대기를 보면 그것이 어떻게 생겼는지 알게 됩니다. 그리고 이를 통해 우리는 뒷마당에 있는 사례보다 더 많은 사례를 기반으로 행성과 태양계가 어떻게 형성되는지에 대한 그림을 구축할 수 있습니다. “그래서 우리가 관찰하는 화학을 통해 이 외계 행성의 형성 징후에 대한 힌트를 얻는 것은 대기는 우리가 대기가 어떻게 생겨났는지, 따라서 우리가 어떻게 존재하게 되었는지 이해하는 데 절대적으로 기본입니다.”라고 그는 말했습니다. 말했다.

거주 가능성을 위한 사냥

아마도 외계 행성의 대기를 관찰하는 가장 흥미로운 이유는 우주의 다른 곳에서 생명체가 번성할 수 있는지 이해하는 것입니다. “Webb이 연구할 주요 질문 중 하나는 생명의 기원입니다.”라고 Nota는 말했습니다. “외계 세계에는 우리가 상상했던 것보다 훨씬 더 다양한 종류가 있습니다. 별에 매우 가까이 공전하는 목성 크기의 가스 행성, 거대한 암석질의 '슈퍼지구', '따뜻한' 행성이 있습니다. 해왕성.' 이들 중 일부는 적절한 온도 조건과 호스트에 적합한 구성을 가질 수 있습니다. 삶."

그러나 행성이 거주 가능한지 여부를 결정하려면 그 크기와 질량을 아는 것만으로는 충분하지 않다고 Espinoza는 말했습니다. 결국, 지구 크기와 비슷한 질량을 가진 행성을 발견하면 사람들은 종종 그것이 지구와 같은 곳일 것이라고 가정합니다. 그러나 금성과 화성은 지구와 크기와 질량이 거의 비슷하며, 대기는 우리 생명체에게 극도로 불리합니다. “비너스는 휴가를 보내기에 최악의 장소예요!” 그는 엄청난 압력과 이산화탄소로 가득 찬 독성 대기를 가지고 농담을 했습니다. 화성은 지구 대기 밀도의 1%에 불과한 극도로 얇고 숨을 쉴 수 없는 대기를 가지고 있기 때문에 그다지 나아지지 않습니다.

따라서 개별 행성이 거주 가능한지 여부를 알려면 대기에 대해 알아야 합니다. 그리고 더 중요한 것은, 얼마나 많은 거주 가능한 행성이 있는지 추정하려면 우리와 같은 크기의 행성에 일반적으로 어떤 유형의 대기가 있는지 알아야 합니다. “자연이 형성하는 가장 일반적인 대기는 무엇입니까?” 에스피노자가 물었다. "금성과 같을 수도 있고 화성과 같을 수도 있고, 지구는 이상치입니다." 아니면 지구와 같은 대기가 전형적일 수도 있고, 잠재적으로 거주 가능한 행성의 수가 엄청나게 많을 수도 있습니다.

미지의 세계에 다가가기

Webb은 외계 행성만 보는 것이 아닙니다. 우주의 초기 단계를 되돌아보고 최초의 은하가 형성되는 모습을 살펴보는 것부터 소용돌이치는 먼지와 가스에서 별이 어떻게 탄생하는지 관찰하는 것까지 광범위한 연구를 수행하게 될 것입니다. 그것으로 과학 운영 첫해 계획, 우리는 이 새로운 도구를 어떤 용도로 사용할 수 있는지 표면적으로만 살펴보고 있습니다. 우리는 그것이 어떤 다른 천문학적 경이로움을 밝혀낼 수 있는지 기다려야 할 것입니다.

노타는 “가장 큰 발견은 누구도 예상하지 못한 발견일 것이라고 생각한다”고 말했다. "우리가 우주를 보는 방식을 바꿀 것, 아마도 우주에서 우리의 위치가 무엇인지를 단번에 정의할 것입니다."

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