Први циљеви студија Џејмса Веба биће близу куће

Астрономи широм света врве од ишчекивања нове науке која ће бити могућа једном када свемирски телескоп Џејмс Веб, најмоћнији светски свемирски телескоп, заврши своје Пуштање у рад. Откако је телескоп лансиран 25. децембра 2021. године, развио је свој хардвер у своју коначну конфигурацију, достигао коначну орбиту око Сунца и завршио је поравнавање својих огледала са својом примарном камером, али још увек постоје кораци као што је калибрација његових инструмената који треба да прођу пре него што буде спреман за научна употреба.

Чим се заврши фаза пуштања у рад, која би требало да се заврши овог лета, почеће научна посматрања. И ту ствари постају узбудљиве, јер ће то омогућити висока осетљивост и инфрацрвене могућности телескопа да посматра екстремно удаљене објекте, чак и слабије од оних које посматрају тренутни свемирски телескопи као нпр Хуббле. То ће увести нову еру астрономских посматрања и могло би помоћи да се истраже теме као широког спектра како су се формирале прве галаксије и да ли планете у другим звезданим системима имају атмосферу или не.

Тринаест пројеката је изабрано да тестирају могућности овог потпуно новог телескопа у првих пет месеци операције, и као што можете да замислите, конкуренција за које пројекте треба да добију прве резултате на овом новом алату је била жестоки.

Већина Изабрано је 13 пројеката ће посматрати удаљене објекте као што су црне рупе или далеке галаксије. Али један пројекат ће изгледати ближе кући - на Јупитеру, тачно у нашем космичком дворишту.

Да сазнате шта се истраживачи надају да ће открити о овом великом, лепом гасном гиганту, и да сазнате зашто је тако релативно блиска мета се користи за тестирање тако моћног телескопа, разговарали смо са астрономом са Берклија Имкеом де Патером, вођом посматрања Јупитера тим.

Читав систем за истраживање

У поређењу са удаљеним егзопланетама или чак удаљенијим планетама ледених џинова у нашем соларном систему, астрономи знају много о Јупитеру. Имамо мноштво података о планети захваљујући и посматрањима са земаљских телескопа и мисијама попут Галилеа, који је кружио око планете до 2003. Јуно који и сада кружи тамо.

Али, као што је то често случај са науком, сваки податак који добијемо о планети може покренути више питања. „Били смо тамо са неколико свемирских летелица и посматрали планету помоћу Хабла и многих земаљских телескопа на таласним дужинама широм електромагнетног спектра (од УВ до метара таласних дужина), тако да смо научили огромну количину о самом Јупитеру, његовој атмосфери, унутрашњости и о његовим месецима и прстеновима“, рекао је де Патер. „Али сваки пут када сазнате више, постоје ствари које још увек не разумете – тако да вам увек треба више података.

Нека од највећих отворених питања која имамо о Јупитеру тичу се његовог атмосфера, као што је како се топлота креће између слојева у атмосфери и како атмосфера комуницира са магнетосфером.

Али група неће гледати само на сам Јупитер, усавршавајући детаље попут Велике црвене тачке (турбулентна олуја тако огромна да се може видети као место довољно велико да прогута целу Земљу) и јужни пол планете (са својим карактеристичним аурора). Такође ће посматрати цео систем Јовијана, укључујући слабе прстенове планете и њене месеце, укључујући Ио и Ганимед.

Сваки од ових циљева је сам по себи интригантан - Ио је вулкански најактивније место у Сунчевом систему, на пример, а Ганимед је једини месец за који се зна да производи сопствену магнетосферу. У целини, Јовиан систем је идеално место за тестирање граница Вебових могућности.

Завиривање у инфрацрвено

Да би помогла у учењу о овим сложеним темама, де Патерова група ће искористити предности инфрацрвених могућности Џејмса Веба, које омогућавају истраживачима да дубље погледају у атмосферу планете.

Те могућности омогућавају проучавање атмосфере изван онога што би било могуће посматрањем таласне дужине видљиве светлости. „У видљивом опсегу таласних дужина, у суштини видите облаке“, објаснила је она. „На инфрацрвеним таласним дужинама можете сондирати изнад облака и испод облака, у зависности од таласне дужине. На различитим таласним дужинама можете видети различите надморске висине у атмосфери, у зависности од непрозирности у атмосфера (тј. колико се 'светла' апсорбује на одређеној таласној дужини одређује колико дубоко се може погледати у Планета)."

Нарочито корисне за ово истраживање биће средње инфрацрвене таласне дужине, које се могу посматрати коришћењем Вебовог МИРИ или средње инфрацрвеног инструмента.

„Највећа предност је у средњим инфрацрвеним таласним дужинама“, објаснио је де Патер. „На неким од ових таласних дужина можемо да посматрамо са земље, али Земљина атмосфера је толико турбулентна да оно што добијемо на терену, не можемо добро калибрирати запажања." То значи више неизвесности у подаци; проблем који је погоршан позадинским инфрацрвеним зрачењем на Земљи.

Али са свемирским телескопом као што је Џејмс Веб, нема атмосфере и мање позадинског зрачења које би сметало, а то значи да ће прикупљени подаци бити много тачнији. Поред тога, Вебб нуди изузетну стабилност, што значи да може да упери у мету и да се не поколеба, захваљујући свом позиционирању у простору. Све ово значи да може прикупити неке од најтачнијих података о Јупитеру.

Тестирање Вебових граница

Приликом процене предлога о томе како би се Џејмс Веб могао користити, објаснио је де Патер, комисија је одлучивала о који су пројекти прво желели да виде идеје астрономске заједнице о томе шта би телескоп могао урадите. „Зато су заиста тражили пројекте који су ЈВСТ гурнули до крајњих граница“, рекла је она. "То је оно што наш пројекат ради."

Они ће користити сва четири Вебова инструмента у различитим комбинацијама за различите мете у систему, како би одабрали различите карактеристике као што су вулкани, прстенови и слојеви атмосфере планете.

План је био да се посматра Јупитер, његови прстенови и његови месеци Ио и Ганимед, али неколико година након што је тим поднео њиховог предлога појавио се неочекивани проблем - телескоп је заправо био превише осетљив за већи део планираног рада на Јупитер. „Телескоп је био много осетљивији него што су очекивали, тако да смо морали да променимо бројна наша запажања на Јупитеру – а на самом Јупитеру можемо учинити мање него што смо првобитно очекивали.

Али тим је и даље знао да могу добити драгоцене податке и пронаћи начине да обаве посао који су желели. Променили су факторе попут филтера које би користили и погледали мања видна поља.

Зашто Јупитер представља такав изазов

Идеја да је телескоп превише осетљив може звучати контраинтуитивно. Али замислите то као да фотографишете док сте окренути сунцу: све боје се изливају тако да све изгледа бело и испрано и тешко је видети било који детаљ. Светлост која долази од сунца је превише светла, што доводи до преекспониране слике.

Иста ствар се дешава када се проучавају астрономска тела. Планете не дају много светлости у поређењу са звездама, јер не производе сопствену светлост, већ само рефлектују светлост својих звезда. То чини планете много тамнијим од звезда уопште. Али када гледате у ситне детаље или тражите још мања тела као што су месеци, или фине детаље као што су прстенови, онда светлост планете може да створи одсјај у подацима које прикупљате.

То је велики изазов када користите Веб за проучавање Јупитерових месеци или прстенова: Покушај да се дозволи светлост са планете тако да се ови мали објекти могу видети детаљно. Јупитер је један од најсјајнијих објеката на небу, тако да ово није лак задатак.

Срећом, астрономи имају много искуства са посматрањем планетарних прстенова користећи друге алате као што је Хуббле свемирски телескоп. „Дакле, користимо то знање за ЈВСТ запажања“, објаснио је де Патер. Тим ће посматрати прстенове под различитим „угловима котрљања“, што значи да ће прстенови бити померени у незнатно различите оријентације на детектору. Посматрајући прстенове под различитим угловима, они могу да виде како расејана светлост са планете пада на прстенове. Тада се ово светло може одузети, остављајући само светлост из самих прстенова.

Проучавање планета у нашем соларном систему и шире

Коришћење Веба за проучавање Јупитера није само начин да се тестирају границе овог потпуно новог телескопа. Проучавање планета у нашем соларном систему такође може помоћи да се разумеју планете изван нашег соларног система, које се називају егзопланете.

Један од великих циљева науке о егзопланетама данас је да иде даље од идентификације планете и процене њеног величине или масе, и да се изгради потпуније разумевање тога гледајући да ли има атмосфера.

Али разумевање планета у удаљеним системима помаже да се разумеју планете у нашем. Веб ће посматрати атмосфере удаљених гасних гиганата, које онда можемо упоредити са оним што знамо о атмосферама Јупитера и Сатурна.

Штавише, коришћењем Веба за проучавање Јупитера, де Патеров тим ће развити скуп алата које други у астрономској заједници могу користити за проучавање других планета у наш соларни систем и дајте увид у оно што би Веб могао да открије о њима — укључујући интригантне и ретко проучаване удаљене планете Урана и Нептун.

„Наш тим ће развити софтвер који се може користити за систем Јовијан, али и за систем Сатурна, за Уран и Нептун. И можемо показати људима шта можете очекивати на основу наших запажања“, рекао је де Патер. "Дефинитивно је путоказ на тај начин."

Препоруке уредника

• Ево зашто научници мисле да је живот могао напредовати на „пакленој планети“ Венери
• Зумирајте задивљујућу слику Џејмса Веба да бисте видели галаксију формирану пре 13,4 милијарде година
• Џејмс Веб примећује најудаљенију активну супермасивну црну рупу икада откривену
• Џејмс Веб уочава трагове велике структуре универзума
• Џејмс Веб открива важан молекул у задивљујућој Орионовој магли