Džeimsa Veba pirmie studiju mērķi būs tuvu mājām

Astronomi visā pasaulē ļoti gaida jauno zinātni, kas būs iespējama kad Džeimsa Veba kosmiskais teleskops, pasaulē jaudīgākais kosmiskais teleskops, pabeigs savu darbību nodošana ekspluatācijā. Kopš teleskopa palaišanas 2021. gada 25. decembrī tas ir izvērsis savu aparatūru galīgajā konfigurācijā, sasniedzis savu pēdējo orbītu ap sauli un ir pabeigta spoguļu izlīdzināšana ar galveno kameru, taču vēl ir jāveic darbības, piemēram, instrumentu kalibrēšana, pirms tā ir gatava darbam zinātnisku izmantošanu.

Tiklīdz tiks pabeigta nodošanas ekspluatācijā fāze, kas beigsies šovasar, sāksies zinātniskie novērojumi. Un šeit lietas kļūst aizraujošas, jo teleskopa augstā jutība un infrasarkanās iespējas to ļaus novērot ārkārtīgi tālu objektus, pat vājākus nekā tie, ko novēro pašreizējie kosmosa teleskopi, piemēram Habla. Tas ievadīs jaunu astronomisko novērojumu ēru un varētu palīdzēt izpētīt tādas tēmas kā plaša spektra par to, kā veidojās pirmās galaktikas un vai planētām citās zvaigžņu sistēmās ir atmosfēra vai nē.

Ir izvēlēti 13 projekti, lai pārbaudītu šī pilnīgi jaunā teleskopa iespējas tā pirmajos piecos mēnešos. operācijas, un, kā jau varat iedomāties, konkurss par to, kuriem projektiem vispirms būtu jāiegūst šim jaunajam rīkam, bija sīva.

Lielākā daļa no Izvēlēti 13 projekti aplūkos tālu objektus, piemēram, melnos caurumus vai tālu galaktikas. Bet viens projekts izskatīsies tuvāk mājām - Jupiterā, tieši mūsu kosmiskajā pagalmā.

Lai uzzinātu par to, ko pētnieki cer atklāt par šo lielo, skaisto gāzes gigantu, un noskaidrotu, kāpēc tik salīdzinoši tuvs mērķis tiek izmantots, lai pārbaudītu tik spēcīgu teleskopu, mēs runājām ar Bērklija astronomu Imki de Pāteru, Jupitera novērošanas vadītāju. komanda.

Visa sistēma, ko izpētīt

Salīdzinot ar tālu eksoplanētām vai pat tālākām ledus milzu planētām mūsu Saules sistēmā, astronomi par Jupiteru zina daudz. Mums ir daudz datu par planētu, pateicoties gan novērojumiem no zemes teleskopiem, gan tādām misijām kā Galileo, kas riņķoja ap planētu līdz 2003. gadam, un Juno kas tur riņķo vēl tagad.

Taču, kā tas bieži notiek zinātnē, katrs mūsu iegūtais datu fragments par planētu var radīt vairāk jautājumu. "Mēs esam bijuši tur ar vairākiem kosmosa kuģiem un novērojuši planētu ar Habla un daudziem zemes teleskopiem viļņu garumos visā elektromagnētiskajā spektrā (no UV līdz metru viļņu garumiem), tāpēc mēs esam uzzinājuši ļoti daudz par pašu Jupiteru, tā atmosfēru, interjeru, kā arī par pavadoņiem un gredzeniem," sacīja de. Pater. "Bet katru reizi, kad uzzināt vairāk, ir lietas, kuras jūs vēl nesaprotat, tāpēc jums vienmēr ir nepieciešams vairāk datu."

Daži no lielākajiem atklātajiem jautājumiem par Jupiteru attiecas uz to atmosfēra, piemēram, kā siltums pārvietojas starp atmosfēras slāņiem un kā atmosfēra mijiedarbojas ar magnetosfēru.

Bet grupa neskatīsies tikai uz pašu Jupiteru, pievēršot uzmanību tādām detaļām kā Lielais sarkanais plankums (tik milzīga nemierīga vētra ka to var uzskatīt par pietiekami lielu plankumu, lai aprītu visu Zemi) un planētas dienvidu polu (ar tā raksturīgo polārblāzmas). Viņi arī apskatīs visu Jovijas sistēmu, tostarp planētas vājos gredzenus un pavadoņus, tostarp Io un Ganimēdu.

Katrs no šiem mērķiem ir intriģējošs pats par sevi - piemēram, Io ir vulkāniski aktīvākā vieta Saules sistēmā, un Ganimēds ir vienīgais mēness, kas rada savu magnetosfēru. Kopumā Jovian sistēma ir ideāla vieta, lai pārbaudītu Webb spēju robežas.

Ielūkojies infrasarkanajā starā

Lai palīdzētu uzzināt par šīm sarežģītajām tēmām, de Patera grupa izmantos Džeimsa Veba infrasarkano staru iespējas, kas ļauj pētniekiem ieskatīties planētas atmosfērā dziļāk.

Šīs iespējas ļauj pētīt atmosfēru tālāk par to, kas būtu iespējams, skatoties redzamās gaismas viļņa garumā. "Redzamā viļņa garuma diapazonā jūs galvenokārt redzat mākoņus," viņa paskaidroja. “Infrasarkano staru viļņu garumos atkarībā no viļņa garuma var veikt zondi virs mākoņiem un zem mākoņiem. Dažādos viļņu garumos atmosfērā var redzēt dažādus augstumus atkarībā no necaurredzamības atmosfērā (t.i., cik daudz “gaismas” tiek absorbēts konkrētajā viļņa garumā, nosaka, cik dziļi var ieskatīties planēta).

Īpaši noderīgi šim pētījumam būs vidējie infrasarkanie viļņu garumi, kurus var apskatīt, izmantojot Webb MIRI vai Mid-Infrared Instrument.

"Lielākā priekšrocība ir vidējo infrasarkano staru viļņu garumos," skaidroja de Paters. "Mēs varam novērot dažus no šiem viļņu garumiem no zemes, bet Zemes atmosfēra ir tik nemierīga, ka ko mēs iegūstam uz zemes, mēs nevaram ļoti labi kalibrēt novērojumus. Tas nozīmē lielāku nenoteiktību dati; problēma, ko pastiprina fona infrasarkanais starojums uz Zemes.

Taču ar kosmosa teleskopu, piemēram, Džeimsu Vebu, nav atmosfēras un mazāk fona starojuma, kas traucētu, un tas nozīmē, ka savāktie dati būs daudz precīzāki. Turklāt Webb piedāvā izcilu stabilitāti, kas nozīmē, ka tas var norādīt uz mērķi, nevis svārstīties, pateicoties tā pozicionēšanai kosmosā. Tas viss nozīmē, ka tas var savākt dažus no visprecīzākajiem datiem par Jupiteru.

Veba ierobežojumu pārbaude

Vērtējot priekšlikumus par to, kā Džeimss Vebs varētu tikt izmantots, paskaidroja de Paters, komitejai lemjot kuri projekti vispirms vēlējās redzēt astronomijas kopienas idejas par to, ko teleskops varētu darīt. "Tāpēc viņi patiešām meklēja projektus, kas nospieda JWST līdz robežām," viņa teica. "Tas ir tas, ko dara mūsu projekts."

Viņi izmantos visus četrus Webb instrumentus dažādās kombinācijās dažādiem sistēmas mērķiem, lai izvēlētos dažādas pazīmes, piemēram, vulkānus, gredzenus un planētas atmosfēras slāņus.

Plāns bija novērot Jupiteru, tā gredzenus un pavadoņus Io un Ganimēdu, bet vairākus gadus pēc tam, kad komanda iesniedza viņu priekšlikumā radās negaidīta problēma — teleskops patiesībā bija pārāk jutīgs lielai daļai plānotā darba Jupiters. "Teleskops bija daudz jutīgāks, nekā viņi gaidīja, tāpēc mums bija jāmaina vairāki mūsu novērojumi par Jupiteru, un mēs varam darīt mazāk par pašu Jupiteru, nekā mēs sākotnēji bijām gaidījuši."

Taču komanda joprojām zināja, ka var iegūt vērtīgus datus un atrast veidus, kā veikt vēlamo darbu. Viņi mainīja faktorus, piemēram, tos filtrus, kurus viņi izmantos, un aplūkoja mazākus redzes laukus.

Kāpēc Jupiters sniedz šādu izaicinājumu

Ideja, ka teleskops ir pārāk jutīgs, var izklausīties pretrunā. Bet padomājiet par to kā par fotografēšanu, atrodoties pretī saulei: visas krāsas tiek izpūstas, tāpēc viss šķiet balts un izskalots, un ir grūti saskatīt detaļu. Gaisma, kas nāk no saules, ir pārāk spilgta, tādējādi radot pāreksponētu attēlu.

Tas pats notiek, pētot astronomiskos ķermeņus. Planētas neizdala daudz gaismas, salīdzinot ar zvaigznēm, jo ​​tās nerada savu gaismu, bet tikai atstaro gaismu no savām zvaigznēm. Tas padara planētas daudz blāvākas nekā zvaigznes kopumā. Taču, ja skatāties uz sīkām detaļām vai meklējat vēl mazākus ķermeņus, piemēram, pavadoņus, vai smalkas detaļas, piemēram, gredzenus, planētas gaisma var radīt atspīdumu jūsu apkopotajos datos.

Tas ir lielais izaicinājums, izmantojot Vebu, lai pētītu Jupitera pavadoņus vai gredzenus: mēģināt atļaut planētas gaismu, lai šos mazos objektus varētu redzēt detalizēti. Jupiters ir viens no spilgtākajiem objektiem debesīs, tāpēc tas nav viegls uzdevums.

Par laimi, astronomiem ir liela pieredze planētu gredzenu novērošanā, izmantojot citus rīkus, piemēram, Habla kosmisko teleskopu. "Tāpēc mēs izmantojam šīs zināšanas JWST novērojumiem," paskaidroja de Paters. Komanda novēros gredzenus dažādos "ripošanas leņķos", kas nozīmē, ka gredzeni tiks pārvietoti uz detektora nedaudz atšķirīgās orientācijās. Vērojot gredzenus dažādos leņķos, viņi var redzēt, kā planētas izkliedētā gaisma nokrīt uz gredzeniem. Tad šo gaismu var atņemt, atstājot tikai gaismu no pašiem gredzeniem.

Planētu izpēte mūsu Saules sistēmā un ārpus tās

Veba izmantošana Jupitera pētīšanai nav tikai veids, kā pārbaudīt šī pavisam jaunā teleskopa robežas. Planētu izpēte mūsu pašu Saules sistēmā var arī palīdzēt izprast planētas ārpus mūsu Saules sistēmas, ko sauc par eksoplanētām.

Viens no lielākajiem eksoplanetu zinātnes mērķiem mūsdienās ir ne tikai planētas identificēšana un tās novērtēšana lielumu vai masu, un veidot pilnīgāku izpratni par to, apskatot, vai tai ir atmosfēra.

Bet, lai saprastu planētas tālās sistēmās, tas palīdz izprast mūsu planētas. Vebs aplūkos tālu gāzes gigantu atmosfēru, ko mēs varam salīdzināt ar to, ko mēs zinām par Jupitera un Saturna atmosfēru.

Turklāt, izmantojot Vebu Jupitera pētīšanai, de Patera komanda izstrādās rīku komplektu, ko citi astronomijas aprindās varēs izmantot citu planētu izpētei. mūsu Saules sistēmu, un sniedziet ieskatu tajā, ko Vebs par tām varētu atklāt, tostarp intriģējošās un reti pētītās tālās planētas Urāns un Neptūns.

"Mūsu komanda izstrādās programmatūru, ko var izmantot Jovian sistēmai, bet arī Saturna sistēmai, Urānam un Neptūnam. Un mēs varam parādīt cilvēkiem, ko jūs varat sagaidīt, pamatojoties uz mūsu novērojumiem," sacīja de Paters. "Tādā veidā tas noteikti ir ceļa meklētājs."

Redaktoru ieteikumi

• Lūk, kāpēc zinātnieki domā, ka dzīvība varētu būt uzplaukusi uz “elles planētas” Veneras
• Tuviniet satriecošo Džeimsa Veba attēlu, lai redzētu galaktiku, kas izveidojusies pirms 13,4 miljardiem gadu
• Džeimss Vebs atklāj visattālāko aktīvo supermasīvo melno caurumu, kas jebkad atklāts
• Džeimss Vebs atklāj norādes uz Visuma liela mēroga struktūru
• Džeimss Vebs atklāj svarīgu molekulu satriecošajā Oriona miglājā