Astrônomos de todo o mundo estão ansiosos pela nova ciência que será possível quando o Telescópio Espacial James Webb, o telescópio espacial mais poderoso do mundo, completa sua comissionamento. Desde que o telescópio foi lançado em 25 de dezembro de 2021, ele desdobrou seu hardware em sua configuração final, alcançou sua órbita final ao redor do sol e concluiu o alinhamento de seus espelhos com sua câmera principal, mas ainda há etapas como a calibração de seus instrumentos antes que esteja pronto para uso científico.
Conteúdo
- Todo um sistema para explorar
- Olhando para o infravermelho
- Testando os limites de Webb
- Por que Júpiter oferece esse desafio
- Estudando planetas em nosso sistema solar e além
Assim que a fase de comissionamento estiver concluída, que deve terminar neste verão, as observações científicas começarão. E é aqui que as coisas ficam emocionantes, pois a alta sensibilidade do telescópio e os recursos infravermelhos permitirão isso. para observar objetos extremamente distantes, ainda mais fracos do que aqueles observados por telescópios espaciais atuais como Hubble. Ele dará início a uma nova era de observações astronômicas e poderá ajudar a investigar tópicos como abrangente como a forma como as primeiras galáxias se formaram e se os planetas em outros sistemas estelares têm atmosferas ou não.
Treze projetos foram escolhidos para testar as capacidades deste novíssimo telescópio em seus primeiros cinco meses de vida. operações e, como você pode imaginar, a competição para os projetos que deveriam receber os primeiros cliques nesta nova ferramenta foi feroz.
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A maioria dos 13 projetos escolhidos olhará para objetos distantes como buracos negros ou galáxias distantes. Mas um projeto parecerá mais próximo de casa – em Júpiter, bem em nosso quintal cósmico.
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Para saber o que os pesquisadores esperam descobrir sobre esse grande e belo gigante gasoso e descobrir por que um alvo tão próximo está sendo usado para testar um telescópio tão poderoso, conversamos com o astrônomo de Berkeley Imke de Pater, líder da observação de Júpiter equipe.
Todo um sistema para explorar
Em comparação com exoplanetas distantes ou mesmo com os planetas gigantes de gelo mais distantes do nosso sistema solar, os astrônomos sabem muito sobre Júpiter. Temos uma grande quantidade de dados sobre o planeta graças a observações de telescópios terrestres e missões como Galileo, que orbitou o planeta até 2003, e Juno que ainda está orbitando lá agora.
Mas, como costuma acontecer com a ciência, cada dado que obtemos sobre o planeta pode levantar mais questões. “Estivemos lá com várias espaçonaves e observamos o planeta com o Hubble e muitos telescópios terrestres em comprimentos de onda em todo o espectro eletromagnético. (do comprimento de onda de UV a metros), então aprendemos muito sobre o próprio Júpiter, sua atmosfera, interior e sobre suas luas e anéis”, disse de Pater. “Mas toda vez que você aprende mais, há coisas que você ainda não entende – então você sempre precisa de mais dados.”
Algumas das maiores questões em aberto que temos sobre Júpiter dizem respeito à sua atmosfera, como o calor se move entre as camadas da atmosfera e como a atmosfera interage com a magnetosfera.
Mas o grupo não estará olhando apenas para o próprio Júpiter, aprimorando detalhes como a Grande Mancha Vermelha (uma tempestade turbulenta tão vasta que pode ser visto como um ponto grande o suficiente para engolir toda a Terra) e o pólo sul do planeta (com sua característica auroras). Eles também observarão todo o sistema joviano, incluindo os anéis fracos do planeta e suas luas, incluindo Io e Ganimedes.
Cada um desses alvos é intrigante por si só – Io é o lugar mais vulcanicamente ativo do sistema solar, por exemplo, e Ganimedes é a única lua conhecida por produzir sua própria magnetosfera. Como um todo, o sistema joviano é o local ideal para testar os limites das capacidades do Webb.
Olhando para o infravermelho
Para ajudar a aprender sobre esses tópicos complexos, o grupo de de Pater aproveitará os recursos de infravermelho de James Webb, que permitem aos pesquisadores olhar mais profundamente na atmosfera do planeta.
Essas capacidades tornam possível estudar a atmosfera além do que seria possível olhando no comprimento de onda da luz visível. “Na faixa de comprimento de onda visível, você basicamente vê nuvens”, explicou ela. “Em comprimentos de onda infravermelhos, você pode sondar acima das nuvens e abaixo das nuvens, dependendo do comprimento de onda. Em diferentes comprimentos de onda, você pode ver diferentes altitudes na atmosfera, dependendo da opacidade na atmosfera (ou seja, quanta 'luz' é absorvida no comprimento de onda específico determina o quão profundo se pode olhar para o planeta)."
Particularmente úteis para esta pesquisa serão os comprimentos de onda do infravermelho médio, que podem ser visualizados usando o MIRI ou Instrumento de infravermelho médio da Webb.
“A maior vantagem está nos comprimentos de onda do infravermelho médio”, explicou de Pater. “Podemos observar alguns desses comprimentos de onda do solo, mas a atmosfera da Terra é tão turbulenta que o que obtemos no solo, não podemos calibrar muito bem as observações.” Isso significa mais incerteza no dados; um problema que é agravado pela radiação infravermelha de fundo na Terra.
Mas com um telescópio espacial como James Webb, não há atmosfera e menos radiação de fundo para atrapalhar, e isso significa que os dados coletados serão muito mais precisos. Além disso, o Webb oferece estabilidade excepcional, o que significa que pode apontar para um alvo e não vacilar, graças ao seu posicionamento no espaço. Tudo isso significa que ele pode coletar alguns dos dados mais precisos já feitos em Júpiter.
Testando os limites de Webb
Ao avaliar as propostas de como James Webb poderia ser usado, de Pater explicou, o comitê que decidiu sobre quais projetos seguir primeiro queria ver as ideias da comunidade de astronomia sobre o que o telescópio poderia fazer. “Então, eles realmente procuraram projetos que levassem o JWST ao limite”, disse ela. “É isso que nosso projeto está fazendo.”
Eles usarão todos os quatro instrumentos do Webb em diferentes combinações para diferentes alvos no sistema, para escolher diferentes recursos como vulcões, anéis e camadas da atmosfera do planeta.
O plano era observar Júpiter, seus anéis e suas luas Io e Ganimedes, mas vários anos depois que a equipe apresentou sua proposta surgiu um problema inesperado - o telescópio era realmente muito sensível para grande parte do trabalho planejado em Júpiter. “O telescópio era muito mais sensível do que eles esperavam, então tivemos que mudar várias de nossas observações em Júpiter – e podemos fazer menos em Júpiter do que havíamos previsto originalmente.”
Mas a equipe ainda sabia que poderia obter dados valiosos e encontrar maneiras de fazer o trabalho que desejava. Eles mudaram fatores como quais filtros usariam e analisaram campos de visão menores.
Por que Júpiter oferece esse desafio
A ideia de que um telescópio é muito sensível pode soar contra-intuitivo. Mas pense nisso como tirar uma fotografia de frente para o sol: todas as cores se desbotam, então tudo parece branco e desbotado e é difícil ver qualquer detalhe. A luz que vem do sol é muito brilhante, levando a uma imagem superexposta.
A mesma coisa acontece quando se estuda corpos astronômicos. Os planetas não emitem muita luz em comparação com as estrelas, pois não produzem luz própria, mas apenas refletem a luz de suas estrelas. Isso torna os planetas muito mais escuros do que as estrelas em geral. Mas quando você está olhando para detalhes minúsculos ou procurando corpos ainda menores como luas, ou detalhes finos como anéis, a luz de um planeta pode criar brilho nos dados que você está coletando.
Esse é o grande desafio ao usar o Webb para estudar as luas ou anéis de Júpiter: tentar permitir a entrada da luz do planeta para que esses pequenos objetos possam ser vistos em detalhes. Júpiter é um dos objetos mais brilhantes do céu, então essa não é uma tarefa fácil.
Felizmente, os astrônomos têm muita experiência em observar anéis planetários usando outras ferramentas como o Telescópio Espacial Hubble. “Portanto, usamos esse conhecimento para as observações do JWST”, explicou de Pater. A equipe observará os anéis em diferentes “ângulos de rolagem”, o que significa que os anéis serão deslocados para orientações ligeiramente diferentes no detector. Ao observar os anéis em diferentes ângulos, eles podem ver como a luz espalhada do planeta incide sobre os anéis. Então essa luz pode ser subtraída, deixando apenas a luz dos próprios anéis.
Estudando planetas em nosso sistema solar e além
Usar o Webb para estudar Júpiter não é apenas uma maneira de testar os limites desse novo telescópio. Estudar planetas em nosso próprio sistema solar também pode ajudar a entender planetas fora de nosso sistema solar, chamados exoplanetas.
Um dos grandes objetivos da ciência exoplanetária hoje é ir além de identificar um planeta e estimar sua tamanho ou massa, e para construir uma compreensão mais completa disso, observando se ele tem um atmosfera.
Mas para entender planetas em sistemas distantes, ajuda entender os planetas do nosso próprio planeta. Webb estará olhando para as atmosferas de gigantes gasosos distantes, que podemos então comparar com o que sabemos das atmosferas de Júpiter e Saturno.
Além disso, usando Webb para estudar Júpiter, a equipe de de Pater desenvolverá um conjunto de ferramentas que podem ser usadas por outros na comunidade de astronomia para estudar outros planetas em nosso sistema solar e dar uma olhada no que Webb pode descobrir sobre eles - incluindo os intrigantes e raramente estudados planetas distantes de Urano e Netuno.
“Nossa equipe desenvolverá um software que pode ser usado para o sistema Joviano, mas também para o sistema Saturno, para Urano e Netuno. E podemos mostrar às pessoas o que você pode esperar com base em nossas observações”, disse de Pater. “Definitivamente é um desbravador nesse sentido.”
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