Како ће свемирски телескоп Јамес Вебб тражити егзопланете

Када свеже лансирани свемирски телескоп Џејмс Веб када се потпуно развије и дође на мрежу, то неће бити само још једно средство за астрономе да истражују универзум. Са својом најсавременијом технологијом спектроскопије, моћи ће да завири у таму свемира и види удаљене објекте детаљније него икада раније - далеко више од свог претходника, Хабловог свемира Телесцопе. То ће револуционисати наше разумевање егзопланета, а могло би нам чак и помоћи да сазнамо одакле смо дошли и где би још у свемиру могло да се настани.

Да бисмо сазнали како ће нам свемирски телескоп Џејмс Веб помоћи да проучавамо кугле које се врте трилионима миља (и зашто астрономи то желе), разговарали смо са двојицом истраживачи који ће радити са Џејмсом Вебом након постављања: Нестор Еспиноза из Научног института за свемирски телескоп и Антонела Нота из Европске свемирске агенције (ЕСА).

Огроман скок напред

Последњих година, истраживачи су идентификовали планете ван нашег Сунчевог система помоћу телескопа као што су ТЕСС (Транзитни сателит за истраживање егзопланета) или свемирски телескоп Кеплер. Они су у стању да гледају најсјајније звезде и виде промене у њиховом сјају када планета прође између њих и нас користећи технику која се зове транзитни метод. Ово је импресиван подвиг научног посматрања, али нам не говори много о томе какве су те планете - само њихова приближна величина и повремено њихова маса.

Ако желимо да знамо каква је планета - да ли има атмосферу? од чега се састоји? има ли облака на небу? има ли воде тамо? — треба да погледамо много, много детаљније. То је оно што ће Веб урадити, али то је огроман технички изазов. Зато НАСА, ЕСА и Канадска свемирска агенција (ЦСА) заједно раде на овом пројекту.

„Веб је сто пута осетљивији од Хабла и због тога ће Веб моћи да открије најслабији детаљи у најудаљенијим угловима веома удаљеног универзума, са изузетном резолуцијом“, Нота објаснио.

Док је Хабл навикао сазнајте више о егзопланетама, Еспиноза је рекао: „Поглед који вам пружа веома је узак. То вам даје једну особину, можда." Поређења ради, рекао је, Веб ће бити „запањујући“, омогућавајући нам да видимо неколико карактеристика одједном и да погледамо мање планете. „То ће бити наша прва промена да детаљно погледамо мање планете.

Хабл такође ради у таласној дужини видљиве светлости, снимајући слике у опсегу светлости који можемо да видимо. Али Џејмс Веб ће радити у инфрацрвеној таласној дужини, која може да изабере различите карактеристике и провири кроз замрачујућу прашину, „отварајући прозор у универзум који ће бити потпуно нов“, као Нота ставите га.

Хабл и Веб ће моћи да раде заједно, прикупљајући комплементарне податке о истим циљевима. Дакле, ако волите прелепе слике свемира које је снимио Хабл, не брините, ово неће нестати. Једноставно ћемо добити још један алат за још дубље разумевање.

„Џејмс Веб ће бити револуционар. Буквално револуционарно“, рекао је Еспиноза. „То ће нам омогућити да видимо ствари које смо дуго очекивали да откријемо, али нисмо имао технологију да види, и прилично сам сигуран да ће открити ствари о којима не размишљамо од.”

Ажурирање Хаблове технологије из 1980-их

Истраживачи су обавили изузетан посао проналажења и учења о егзопланетама користећи тренутно доступне инструменте, откривши до сада преко 4.000 егзопланета. Међутим, ово поље је врло недавно, а прве планете изван нашег Сунчевог система идентификоване су 1990-их. То значи да многи инструменти тренутне генерације, попут Хабла, никада нису дизајнирани имајући на уму студије егзопланета.

„Хабл је технологија из 80-их“, рекао је Еспиноза. „Ништа против 80-их – волим 80-е, посебно музику! – али технологија је много еволуирала. Врста детектора које смо тада имали нису ништа у поређењу са врстом детектора које имамо сада."

Џејмс Веб је, с друге стране, дизајниран са специфичном намером да се користи за карактеризацију егзопланета, и то је било на челу његових принципа дизајна. На пример, када Веб показује на звезду, показаће на одређени пиксел са веома високом прецизношћу и неће да се уопште померају, омогућавајући истраживачима да веома прецизно измере било какве падове у осветљености који би могли да дају трагове планети у орбита.

Овај ниво прецизности омогућава Вебу да изврши своју најузбудљивију функцију у вези са егзопланетама: открива да ли егзопланета има атмосферу и од чега се та атмосфера састоји. „Мали детаљи који су веома важни када покушавате да откријете атмосферу егзопланета“, објаснио је Еспиноза.

Истраживање егзопланета помоћу инфрацрвене светлости

Иако су истраживачи дошли до неких веома креативне начине до открити атмосферу егзопланета, то није нешто за шта су садашњи инструменти дизајнирани. Зато ће Вебове способности бити тако револуционарне.

Да би завирио у универзум, Веб има четири инструмента који ће гледати у инфрацрвеној таласној дужини. Они укључују камеру за блиску инфрацрвену (НИРЦам) и блиску инфрацрвену спектрографију (НИРСпец). Затим ту су сензор за фино навођење/блиски инфрацрвени имиџер и спектрограф без прореза (ФГС/НИРИСС), који ће, како им називи сугеришу, изгледати у блиском инфрацрвеном опсегу. Коначно, ту је средњи инфрацрвени инструмент (МИРИ), који гледа у широком опсегу у далеком инфрацрвеном спектру.

Али ово су осетљиви инструменти и за рад им је потребно пажљиво одржавано окружење. Дакле, технологија око њих такође мора да буде врхунска.

„Вебб је пун до руба нове, сложене технологије, од осетљивих ИР детектора, до петослојног танког каптон сунца величине тениског терена који ће штитити инструментацију од сунчевог зрачења и омогућиће телескопу и детекторима да достигну хладну температуру неопходну за посматрање у инфрацрвеном зрачењу“, Нота рекао.

Такође је истакла фине детаље на инструментима, као што је НИРСпец-ов низ микрозатварача, који је сет сићушних прозора са капцима величине неколико људских власи. Ово ће омогућити инструменту да посматра стотине објеката у исто време. „Апсолутно први у свемирској астрономији, где се спектроскопија традиционално ради један по један објекат“, рекао је Нота.

Разумевање одакле смо дошли

Подстрек да се види да ли удаљена планета има атмосферу није само научни процват или празна радозналост о томе каква су ова далека места. Уместо тога, кључно је за разумевање како су планете - укључујући и нашу - створене.

Када је у питању разумевање како се формирао наш соларни систем, истраживачи покрећу моделе и покушавају да виде како смо могли да завршимо са саставом планета које видимо. „Али тренутно имамо узорак величине један“, истакао је Еспиноза. „Наш соларни систем. То је то. Сада смо у ери када можемо да завиримо у састав других соларних система. А како се планете формирају дефинише њихов хемијски састав."

Дакле, када погледамо атмосферу удаљене егзопланете, сазнајемо како је она настала. И из тога можемо да изградимо слику о томе како се формирају планете и соларни системи на основу више случајева од оног у нашем дворишту. „Дакле, добијање ових наговештаја формирања потписа на овим егзопланетама кроз хемију коју посматрамо у њиховим атмосфере је апсолутно фундаментално да бисмо разумели како су настале, а самим тим и како смо ми настали“, он рекао.

Лов на настањивост

Можда је најузбудљивији разлог за гледање атмосфере егзопланета да схватимо где би још у универзуму живот могао да цвета. „Једно од кључних питања које ће Веб проучавати је порекло живота“, рекао је Нота. „Постоје огромне варијанте егзо-светова, више него што смо могли да замислимо. Постоје гасовите планете величине Јупитера које круже веома близу своје звезде, огромне стеновите „супер-Земље“ и „топле Нептуни.’ Неки од њих могу имати одговарајуће услове температуре и прави састав за домаћина живот.”

Али да би се утврдило да ли је планета погодна за живот, рекао је Еспиноза, није довољно само знати њену величину и масу. На крају крајева, када пронађемо планету која је величине Земље и има сличну масу, људи често претпостављају да ће то бити место попут Земље. Али Венера и Марс су отприлике сличне величине и масе као Земља, и имају атмосферу која је изузетно негостољубива за наш облик живота. „Венера је најгоре место за одмор!“ нашалио се он, са својим огромним притиском и токсичном атмосфером пуном угљен-диоксида. Марс није много бољи, са својом изузетно танком атмосфером која не дише и која је само 1% густине наше атмосфере на Земљи.

Дакле, морамо знати о атмосфери да бисмо знали да ли је појединачна планета погодна за становање. И што је још важније, да бисмо добили процену колико би настањивих планета могло бити тамо, морамо да знамо које врсте атмосфере су типичне за планете величине попут наше. „Која је најчешћа атмосфера коју природа формира?“ упита Еспиноза. „Могао би бити сличан Венери или Марсу, а Земља је изван себе. Или би могло бити да су атмосфере сличне Земљи типичне, а број потенцијално настањивих планета тамо огроман.

Посезање у непознато

Веб неће гледати само егзопланете. Изводиће огроман спектар истраживања, од освртања на најраније фазе универзума да би се видело формирање првих галаксија, до посматрања како се звезде рађају из усковитлане прашине и гаса. Са својим планирана прва година научних операција, ми само стружемо површину за шта би овај нови алат могао да се користи. Мораћемо да сачекамо и видимо која ће друга астрономска чуда моћи да открије.

„Мислим да ће највеће откриће бити оно које нико не очекује“, рекао је Нота. „Онај који ће променити начин на који видимо универзум, онај који ће дефинисати, можда једном заувек, које је наше место у универзуму.

Препоруке уредника

• Џејмс Веб уочава древну прашину која би могла бити од најранијих супернова
• 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