Kai naujai paleistas James Webb kosminis teleskopas visiškai išsiskleidžia ir patenka į internetą, tai nebus tik dar vienas įrankis astronomams tyrinėti visatą. Naudodamas pažangiausią spektroskopijos technologiją, jis galės pažvelgti į kosmoso tamsą ir pamatyti tolimus objektus išsamiau nei bet kada anksčiau – daug daugiau nei jo pirmtakas Hablo erdvėje Teleskopas. Tai pakeis mūsų supratimą apie egzoplanetas ir netgi gali padėti mums sužinoti, iš kur mes atėjome ir kur kitur visatoje galima gyventi.
Turinys
- Milžiniškas šuolis į priekį
- Devintojo dešimtmečio Hablo technologijos atnaujinimas
- Egzoplanetų tyrimas naudojant infraraudonąją šviesą
- Supratimas, iš kur mes atėjome
- Medžioklė dėl tinkamumo gyventi
- Ištiesti ranką į nežinią
Norėdami sužinoti, kaip Jameso Webbo kosminis teleskopas padės mums ištirti besisukančius uolienų rutulius trilijonų mylių atstumu (ir kodėl astronomai to nori), kalbėjomės su dviem tyrėjai, kurie dirbs su Jamesu Webbu po dislokavimo: Néstor Espinoza iš Kosminio teleskopo mokslo instituto ir Antonella Nota iš Europos kosmoso agentūros (ESA).
Milžiniškas šuolis į priekį
Pastaraisiais metais mokslininkai, naudodami tokius teleskopus, nustatė planetas už mūsų saulės sistemos ribų TESS (Tranzituojančios egzoplanetos tyrimo palydovas) arba Keplerio kosminis teleskopas. Jie gali žiūrėti į pačias ryškiausias žvaigždes ir matyti jų ryškumo pokyčius, kai planeta praeina tarp jų ir mūsų naudojant techniką, vadinamą tranzito būdas. Tai įspūdingas mokslinio stebėjimo žygdarbis, tačiau jis mums daug nepasako apie tai, kokios yra tos planetos – tik apytikslis jų dydis ir kartais masė.
Susijęs
- Žiūrėkite nuostabų vaizdą, kurį Jamesas Webbas padarė švęsdamas savo pirmąjį gimtadienį
- Viena galaktika, du vaizdai: žiūrėkite Hablo ir Webb vaizdų palyginimą
- Saturnas, kokio dar niekada nematėte, užfiksuotas Webb teleskopu
Jei norime sužinoti, kokia yra planeta – ar ji turi atmosferą? iš ko jis susideda? ar yra debesų danguje? ar ten yra vandens? – turime žiūrėti daug, daug detaliau. Būtent tai Webbas ir ketina daryti, tačiau tai didžiulis techninis iššūkis. Štai kodėl NASA, ESA ir Kanados kosmoso agentūra (CSA) kartu dirba prie šio projekto.
„Web yra šimtą kartų jautresnis nei Hablas, ir dėl to Webbas galės atskleisti menkiausios detalės tolimiausiuose labai tolimos visatos kampeliuose su išskirtine raiška“, – Nota paaiškino.
Nors Hablas buvo įpratęs sužinoti daugiau apie egzoplanetas, Espinoza sakė: „Jo vaizdas yra labai siauras. Galbūt tai suteikia jums vieną funkciją. Palyginimui, jis sakė, kad Webbas bus „stulbinantis protą“, leisdamas vienu metu pamatyti keletą savybių ir pažvelgti į mažesnes planetas. „Tai bus pirmasis mūsų pakeitimas, kad į mažesnes planetas žiūrėtume išsamiai.
Hablas taip pat veikia matomos šviesos bangos ilgiu, fiksuodamas vaizdus šviesos diapazone, kurį matome. Tačiau Jamesas Webbas dirbs infraraudonųjų spindulių bangos ilgiu, kuris gali išskirti įvairias funkcijas ir Žvilgtelėkite pro neaiškias dulkes, „atverdami langą į visatą, kuri bus visiškai nauja“, kaip sako Nota padėti.
Hablas ir Webbas galės dirbti kartu, rinkdami papildomus duomenis apie tuos pačius taikinius. Taigi, jei jums patinka gražūs Hablo užfiksuoti kosmoso vaizdai, nesijaudinkite, tai niekur nedings. Mes tiesiog įgysime dar vieną įrankį dar gilesniam supratimui.
„Jamesas Webbas bus revoliucinis. Žodžiu, revoliucinis“, – sakė Espinoza. „Tai leis mums pamatyti dalykus, kurių tikėjomės aptikti ilgą laiką, bet nepastebėjome turėjo technologiją, kad matytų, ir esu tikras, kad ji aptiks dalykus, apie kuriuos mes negalvojame apie."
Devintojo dešimtmečio Hablo technologijos atnaujinimas
Tyrėjai atliko puikų darbą ieškodami ir mokydamiesi apie egzoplanetas, naudodami šiuo metu turimus instrumentus, iki šiol atradę daugiau nei 4000 egzoplanetų. Tačiau šis laukas yra visai nesenas, o pirmosios planetos už mūsų Saulės sistemos ribų buvo nustatytos 1990 m. Tai reiškia, kad daugelis dabartinės kartos prietaisų, tokių kaip Hablas, niekada nebuvo sukurti atsižvelgiant į egzoplanetų tyrimus.
„Hablas yra devintojo dešimtmečio technologija“, - sakė Espinoza. „Nieko prieš 80-uosius – aš myliu 80-uosius, ypač muziką! – bet technologijos labai išsivystė. Tokie detektoriai, kuriuos turėjome tada, yra niekis, palyginti su detektoriais, kuriuos turime dabar.
Kita vertus, Jamesas Webbas buvo sukurtas specialiai tam, kad būtų naudojamas egzoplanetai apibūdinti, ir tai buvo jo projektavimo principų priešakyje. Pavyzdžiui, kai Webb nukreipia į žvaigždę, jis labai tiksliai nukreips į tam tikrą pikselį ir nenurodys. apskritai judėti, leidžiant tyrėjams labai tiksliai išmatuoti bet kokius ryškumo kritimus, kurie gali duoti užuominų apie planetą Orbita.
Šis tikslumo lygis leidžia Webb atlikti įdomiausią su egzoplaneta susijusią funkciją: nustatyti, ar egzoplaneta turi atmosferą ir iš ko ji susideda. „Smulkios detalės, kurios labai svarbios, kai bandote aptikti egzoplanetų atmosferą“, – paaiškino Espinoza.
Egzoplanetų tyrimas naudojant infraraudonąją šviesą
Nors mokslininkai sugalvojo kai kurių labai kūrybingi būdai į aptikti egzoplanetų atmosferą, tai nėra kažkas, kam dabartiniai instrumentai buvo sukurti. Štai kodėl Webb galimybės bus tokios revoliucinės.
Norėdami pažvelgti į visatą, Webbas turi keturis instrumentus, kurie žiūrės infraraudonųjų spindulių bangos ilgyje. Jie apima infraraudonųjų spindulių kamerą (NIRCam) ir infraraudonųjų spindulių spektrografą (NIRSpec). Tada yra smulkus orientavimo jutiklis / artimųjų infraraudonųjų spindulių vaizdas ir beplyšis spektrografas (FGS / NIRISS), kurie, kaip rodo jų pavadinimai, atrodys artimojo infraraudonųjų spindulių juostoje. Galiausiai, yra vidutinio infraraudonųjų spindulių instrumentas (MIRI), kuris žiūri į platų spektrą tolimųjų infraraudonųjų spindulių.
Tačiau tai yra jautrūs instrumentai, todėl jiems dirbti reikia kruopščiai prižiūrimos aplinkos. Taigi juos supančios technologijos taip pat turi būti pažangiausios.
„Web yra pilnas naujų, sudėtingų technologijų, nuo jautrių IR detektorių iki teniso korto dydžio penkių sluoksnių plono Kapton skydo nuo saulės, kuris apsaugo prietaisus nuo saulės spinduliuotės ir leis teleskopui bei detektoriams pasiekti šaltą temperatūrą, reikalingą infraraudonųjų spindulių stebėjimui“, sakė.
Ji taip pat atkreipė dėmesį į smulkias prietaisų detales, pvz., NIRSpec mikrolanginių masyvą, kuris yra mažyčių langinių rinkinys, kurio dydis prilygsta kelių žmogaus plaukams. Tai leis prietaisui vienu metu stebėti šimtus objektų. „Absoliutus pirmasis kosmoso astronomijoje, kur spektroskopija tradiciškai atliekama po vieną objektą vienu metu“, - sakė Nota.
Supratimas, iš kur mes atėjome
Postūmis išsiaiškinti, ar tolimoje planetoje yra atmosfera, nėra tik mokslinis klestėjimas ar tuščias smalsumas, kokios yra šios tolimos vietos. Atvirkščiai, tai labai svarbu norint suprasti, kaip kuriamos planetos, įskaitant mūsų pačių.
Kai reikia suprasti, kaip susiformavo mūsų saulės sistema, tyrėjai valdo modelius ir bando išsiaiškinti, kaip galėjome baigtis su matomų planetų sudėtimi. „Tačiau šiuo metu mes turime vieną imties dydį“, - pažymėjo Espinoza. „Mūsų saulės sistema. Viskas. Dabar esame eroje, kai galime pažvelgti į kitų saulės sistemų kompozicijas. Ir tai, kaip planetos susidaro, lemia jų cheminę sudėtį.
Taigi, kai žiūrime į tolimos egzoplanetos atmosferą, sužinome, kaip ji atsirado. Ir iš to galime susidaryti vaizdą apie tai, kaip formuojasi planetos ir saulės sistemos, remdamiesi daugiau atvejų nei tik mūsų kieme. „Taigi šių užuominų apie formavimosi parašus šiose egzoplanetose gauname per chemiją, kurią stebime jų atmosfera yra absoliučiai būtina, kad suprastume, kaip jos atsirado, taigi ir kaip mes atsiradome“, – jis sakė.
Medžioklė dėl tinkamumo gyventi
Ko gero, įdomiausia priežastis pažvelgti į egzoplanetų atmosferas yra suprasti, kur dar visatoje gali klestėti gyvybė. „Vienas iš pagrindinių klausimų, kurį tyrinės Webbas, yra gyvenimo ištakos“, – sakė Nota. „Egzo pasaulių yra daugybė įvairiausių, daugiau nei galėjome įsivaizduoti. Labai arti savo žvaigždės skrieja Jupiterio dydžio dujinės planetos, didžiulės uolėtos „superžemės“ ir „šiltos“. Neptūnas. Kai kurie iš jų gali turėti tinkamas temperatūros sąlygas ir tinkamą sudėtį gyvenimas“.
Tačiau norint nustatyti, ar planeta tinkama gyventi, sakė Espinoza, neužtenka tik žinoti jos dydį ir masę. Galų gale, kai randame Žemės dydžio ir panašios masės planetą, žmonės dažnai mano, kad tai bus į Žemę panaši vieta. Tačiau Venera ir Marsas yra maždaug panašaus dydžio ir masės kaip Žemė, o jų atmosfera yra labai nepalanki mūsų gyvybės formai. „Venera yra pati blogiausia vieta atostogauti! Jis juokavo su didžiuliu slėgiu ir toksiška atmosfera, pilna anglies dioksido. Marsas yra ne ką geresnis, jo atmosfera yra labai plona, nekvėpuojanti, o jos tankis yra tik 1% mūsų atmosferos Žemėje.
Taigi, norėdami sužinoti, ar atskira planeta yra tinkama gyventi, turime žinoti apie atmosferą. Ir dar svarbiau, kad galėtume įvertinti, kiek ten gali būti gyventi tinkamų planetų, turime žinoti, kokios atmosferos būdingos tokio dydžio planetoms kaip mūsų. „Kokią atmosferą dažniausiai formuoja gamta? – paklausė Espinoza. „Jis gali būti panašus į Venerą arba į Marsą, o Žemė yra išskirtinė. Arba gali būti, kad į Žemę panaši atmosfera yra tipiška, o potencialiai tinkamų gyventi planetų skaičius yra didžiulis.
Ištiesti ranką į nežinią
Webbas žiūrės ne tik į egzoplanetas. Jame bus atliekami didžiuliai tyrimai – nuo žvilgsnio atgal į ankstyviausias visatos fazes, kad pamatytumėte pirmųjų galaktikų formavimąsi, iki stebėjimo, kaip žvaigždės gimsta iš besisukančių dulkių ir dujų. Su savo suplanuoti pirmieji mokslo veiklos metai, mes tik nubraukiame paviršių, kam šis naujas įrankis galėtų būti naudojamas. Turėsime palaukti ir pamatyti, kokius kitus astronominius stebuklus jis sugebės atskleisti.
„Manau, kad didžiausias atradimas bus tas, kurio niekas nesitiki“, – sakė Nota. „Tą, kuris pakeis mūsų požiūrį į visatą, kuris galbūt kartą visiems laikams apibrėš, kokia yra mūsų vieta visatoje“.
Redaktorių rekomendacijos
- Jamesas Webbas pastebi senovines dulkes, kurios galėjo kilti iš ankstyviausių supernovų
- Priartinkite stulbinantį Jameso Webbo vaizdą, kad pamatytumėte galaktiką, susiformavusią prieš 13,4 milijardo metų
- Jamesas Webbas pastebėjo labiausiai nutolusią aktyvią supermasyvią juodąją skylę, kuri kada nors buvo atrasta
- Jamesas Webbas pastebi plataus masto visatos struktūros įkalčius
- Jamesas Webbas aptinka svarbią molekulę nuostabiame Oriono ūke
