James Webb Uzay Teleskobu Dış Gezegenleri Nasıl Avlayacak?

Ne zaman Yeni fırlatılan James Webb Uzay Teleskobu Tamamen açılıp çevrimiçi hale geldiğinde, gökbilimcilerin evreni keşfetmesi için sadece başka bir araç olmayacak. En son spektroskopi teknolojisi sayesinde uzayın karanlığına bakabilecek ve Uzaktaki nesneleri her zamankinden daha ayrıntılı görün; önceki Hubble Uzayı'ndan çok daha fazla Teleskop. Dış gezegenlere dair anlayışımızda devrim yaratacak ve hatta nereden geldiğimizi ve evrende başka nerede yaşanabilir olabileceğini öğrenmemize bile yardımcı olabilir.

James Webb Uzay Teleskobu'nun trilyonlarca mil uzaktaki dönen kaya toplarını incelememize nasıl yardımcı olacağına (ve gökbilimcilerin neden bunu yapmak istediğine) dair daha detaylı bilgi edinmek için iki kişiyle konuştuk. Dağıtım sonrasında James Webb ile birlikte çalışacak araştırmacılar: Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nden Néstor Espinoza ve Avrupa Uzay Ajansı'ndan Antonella Nota (ESA).

İleriye doğru dev bir adım

Son yıllarda araştırmacılar güneş sistemimizin dışındaki gezegenleri teleskoplar kullanarak tespit ettiler. TESS (Geçiş Yapan Ötegezegen Araştırma Uydusu) veya Kepler uzay teleskobu. Bunlar, en parlak yıldızlara bakabiliyor ve kendileriyle bizim aramızdan bir gezegen geçtiğinde parlaklıklarındaki değişiklikleri, "The Guardian" adı verilen bir teknik kullanarak görebiliyorlar. toplu taşıma yöntemi. Bu etkileyici bir bilimsel gözlem başarısıdır, ancak bize bu gezegenlerin neye benzediği hakkında pek bir şey söylemez; yalnızca yaklaşık boyutları ve bazen de kütleleri hakkında bilgi verir.

Bir gezegenin neye benzediğini bilmek istiyorsak, onun bir atmosferi var mı? neyden oluşur? gökyüzünde bulutlar var mı? orada su var mı? - çok daha detaylı bakmamız gerekiyor. Webb'in yapacağı şey bu ama bu çok büyük bir teknik zorluk. Bu nedenle NASA, ESA ve Kanada Uzay Ajansı (CSA) bu proje üzerinde birlikte çalışıyor.

"Webb, Hubble'dan yüz kat daha hassastır ve bu nedenle Webb, çok uzak evrenin en uzak köşelerindeki en ufak ayrıntılar, mükemmel çözünürlükle," Nota açıkladı.

Hubble alışmış olsa da dış gezegenler hakkında daha fazla bilgi edinin, Espinoza, “Size verdiği görüş çok dar. Belki sana bir özellik verir.” Karşılaştırıldığında, Webb'in "akıllara durgunluk veren" olacağını, aynı anda birçok özelliği görmemize ve daha küçük gezegenlere bakmamıza olanak sağlayacağını söyledi. "Küçük gezegenlere daha detaylı bakmak ilk değişikliğimiz olacak."

Hubble ayrıca görünür ışık dalga boyunda da çalışarak, görebildiğimiz ışık aralığındaki görüntüleri yakalıyor. Ancak James Webb farklı özellikleri tespit edebilen kızılötesi dalga boyunda çalışacak ve Nota'nın dediği gibi, "evrene tamamen yeni bir pencere açarak" engelleyici tozun arasından bakın koymak.

Hubble ve Webb birlikte çalışarak aynı hedeflere yönelik tamamlayıcı veriler toplayabilecekler. Yani eğer seviyorsan Hubble'ın yakaladığı güzel uzay görüntülerimerak etmeyin bunlar geçmeyecek. Daha da derin bir anlayış için başka bir araç kazanacağız.

“James Webb devrimci olacak. Kelimenin tam anlamıyla devrimci," dedi Espinoza. "Uzun zamandır tespit etmeyi beklediğimiz ancak tespit edemediğimiz şeyleri görmemize olanak tanıyacak" görecek teknolojiye sahipti ve bizim düşünmediğimiz şeyleri tespit edeceğinden oldukça eminim ile ilgili."

Hubble'ın 1980'lerdeki teknolojisinin güncellenmesi

Araştırmacılar, şu anda mevcut olan araçları kullanarak dış gezegenleri bulma ve öğrenme konusunda dikkate değer bir iş başardılar ve şu ana kadar 4.000'den fazla dış gezegen keşfettiler. Ancak bu alan çok yenidir; güneş sistemimiz dışındaki ilk gezegenler 1990'larda tespit edilmiştir. Bu, Hubble gibi mevcut nesil enstrümanların çoğunun hiçbir zaman ötegezegen çalışmaları düşünülerek tasarlanmadığı anlamına geliyor.

Espinoza, "Hubble 80'lerin teknolojisidir" dedi. “80'lere karşı değilim; 80'leri seviyorum, özellikle de müziğini! – ama teknoloji bir ton gelişti. O zamanlar sahip olduğumuz dedektörler, şu an sahip olduğumuz dedektörlerin yanında hiçbir şey değil.”

Öte yandan James Webb, dış gezegen karakterizasyonunda kullanılmak üzere özel bir amaç doğrultusunda tasarlandı ve bu, tasarım ilkelerinin ön sıralarında yer aldı. Örneğin, Webb bir yıldıza işaret ettiğinde, çok yüksek hassasiyetle belirli bir piksele işaret edecek ve araştırmacıların, bir gezegene dair ipucu verebilecek parlaklık düşüşlerini çok doğru bir şekilde ölçmelerine olanak tanıyor. yörünge.

Bu düzeydeki hassasiyet, Webb'in ötegezegenle ilgili en heyecan verici işlevini gerçekleştirmesine olanak tanıyor: Bir ötegezegenin atmosferi olup olmadığını ve bu atmosferin nelerden oluştuğunu tespit etmek. Espinoza, "Öteki gezegenlerin atmosferlerini tespit etmeye çalışırken çok önemli olan küçük ayrıntılar" diye açıkladı.

Kızılötesi ışık kullanarak dış gezegenlerin araştırılması

Her ne kadar araştırmacılar bazı sonuçlara ulaşmış olsa da çok yaratıcı yollar ile dış gezegen atmosferlerini tespit etmekBu, mevcut araçların yapmak üzere tasarlandığı bir şey değil. Webb'in yeteneklerinin bu kadar devrim niteliğinde olmasının nedeni budur.

Evrene bakmak için Webb'in kızılötesi dalga boyuna bakacak dört cihazı var. Bunlar Yakın Kızılötesi Kamerayı (NIRCam) ve Yakın Kızılötesi Spektrografı (NIRSpec) içerir. Ayrıca, isimlerinden de anlaşılabileceği gibi yakın kızılötesi bantta bakacak olan İnce Yönlendirme Sensörü/Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrograf (FGS/NIRISS) var. Son olarak, uzak kızılötesinde geniş bir aralığa bakan Orta Kızılötesi Enstrüman (MIRI) var.

Ancak bunlar hassas cihazlardır ve çalışmak için dikkatli bir şekilde muhafaza edilen bir ortama ihtiyaç duyarlar. Dolayısıyla etraflarındaki teknolojinin de son teknoloji olması gerekiyor.

"Webb, hassas IR dedektörlerinden tenis kortu büyüklüğünde, beş katmanlı ince Kapton güneşliklere kadar yeni ve karmaşık teknolojiyle dolu. Güneş radyasyonundan gelen enstrümantasyon, teleskop ve dedektörlerin kızılötesinde gözlemlemek için gereken soğuk sıcaklığa ulaşmasını sağlayacak." söz konusu.

Ayrıca, NIRSpec'in birkaç insan saçı büyüklüğünde küçük kepenkli pencerelerden oluşan mikro deklanşör dizisi gibi aletler üzerindeki ince ayrıntılara da dikkat çekti. Bu, cihazın aynı anda yüzlerce nesneyi gözlemlemesine olanak sağlayacaktır. Nota, "Spektroskopinin geleneksel olarak tek seferde tek bir nesneyle yapıldığı uzay astronomisinde mutlak bir ilk" dedi.

Nereden geldiğimizi anlamak

Uzak bir gezegenin atmosferi olup olmadığını görme dürtüsü sadece bilimsel bir gösteriş ya da bu uzak yerlerin neye benzediğine dair boş bir meraktan ibaret değil. Aksine, bizimki de dahil olmak üzere gezegenlerin nasıl yaratıldığını anlamanın anahtarıdır.

Güneş sistemimizin nasıl oluştuğunu anlamak söz konusu olduğunda, araştırmacılar modeller çalıştırıyor ve gördüğümüz gezegenlerin bileşimini nasıl elde edebileceğimizi görmeye çalışıyorlar. Espinoza, "Fakat şu anda elimizde bir örnek büyüklüğü var" dedi. "Güneş sistemimiz. Bu kadar. Artık diğer güneş sistemlerinin bileşimlerine bakabildiğimiz bir çağdayız. Ve gezegenlerin nasıl oluştuğu kimyasal bileşimlerini belirliyor.”

Yani uzaktaki bir ötegezegenin atmosferine baktığımızda onun nasıl oluştuğunu öğreniyoruz. Ve bundan yola çıkarak, arka bahçemizdeki vakalardan daha fazlasına dayanarak gezegenlerin ve güneş sistemlerinin nasıl oluştuğuna dair bir resim oluşturabiliriz. "Yani bu ötegezegenlerde gözlemlediğimiz kimya sayesinde oluşum işaretlerine dair ipuçları elde ediyoruz. atmosferlerin nasıl ortaya çıktığını ve dolayısıyla bizim nasıl ortaya çıktığımızı anlamamız kesinlikle çok önemli” dedi. söz konusu.

Yaşanabilirlik için avcılık

Belki de dış gezegen atmosferlerine bakmanın en heyecan verici nedeni, yaşamın evrende başka nerede gelişebileceğini anlamaktır. Nota, "Webb'in üzerinde çalışacağı en önemli sorulardan biri yaşamın kökenidir" dedi. “Hayal edebileceğimizden çok daha fazla sayıda dış dünya var. Yıldızlarına çok yakın yörüngede dönen Jüpiter büyüklüğünde gaz gezegenleri, devasa kayalık 'süper Dünyalar' ve 'sıcak Dünya'lar var. Neptünler.' Bunlardan bazıları doğru sıcaklık koşullarına ve ev sahipliği yapmak için doğru bileşime sahip olabilir. hayat."

Ancak Espinoza, bir gezegenin yaşanabilir olup olmadığını belirlemek için sadece büyüklüğünü ve kütlesini bilmenin yeterli olmadığını söyledi. Sonuçta, Dünya boyutunda ve benzer kütleye sahip bir gezegen bulduğumuzda, insanlar genellikle onun Dünya benzeri bir yer olacağını varsayıyorlar. Ancak Venüs ve Mars, kabaca Dünya'ya benzer boyut ve kütlelere sahiptir ve yaşam formumuz için son derece elverişsiz olan atmosferlere sahiptirler. “Venüs tatile gidilecek en kötü yer!” muazzam basıncı ve karbondioksitle dolu zehirli atmosferiyle şaka yaptı. Mars, Dünya'daki atmosfer yoğunluğunun yalnızca %1'i kadar olan son derece ince, nefes alınamayan atmosferiyle çok daha iyi değil.

Dolayısıyla tek bir gezegenin yaşanabilir olup olmadığını bilmek için atmosferleri bilmemiz gerekiyor. Ve daha da önemlisi, orada kaç tane yaşanabilir gezegen olabileceğine dair bir tahminde bulunmak için bizimki gibi büyüklükteki gezegenler için ne tür atmosferlerin tipik olduğunu bilmemiz gerekiyor. “Doğanın oluşturduğu en yaygın atmosfer hangisidir?” Espinoza sordu. "Venüs benzeri veya Mars benzeri olabilir ve Dünya bir aykırı değerdir." Veya Dünya benzeri atmosferler tipik olabilir ve potansiyel olarak yaşanabilir gezegenlerin sayısı çok fazla olabilir.

Bilinmeyene uzanmak

Webb yalnızca ötegezegenlere bakmakla kalmayacak. Evrenin en erken aşamalarına bakıp ilk galaksilerin oluşumunu görmekten yıldızların dönen toz ve gazdan nasıl doğduğunu izlemeye kadar çok çeşitli araştırmalar gerçekleştirilecek. Onunla Bilim operasyonlarının ilk yılı planlandı, bu yeni aracın ne için kullanılabileceğinin sadece yüzeysel bir kısmını kazıyoruz. Başka hangi astronomik harikaları çözebileceğini bekleyip görmemiz gerekecek.

Nota, "En büyük keşfin kimsenin beklemediği bir keşif olacağını düşünüyorum" dedi. "Evrene bakışımızı değiştirecek, belki de ilk kez evrendeki yerimizi tanımlayacak."

Editörlerin Önerileri

• James Webb, en eski süpernovalara ait olabilecek antik tozu tespit etti
• 13,4 milyar yıl önce oluşan bir galaksiyi görmek için çarpıcı James Webb görüntüsünü yakınlaştırın
• James Webb şimdiye kadar keşfedilen en uzaktaki aktif süper kütleli kara deliği tespit etti
• James Webb evrenin büyük ölçekli yapısına dair ipuçları tespit ediyor
• James Webb çarpıcı Orion Bulutsusu'nda önemli bir molekül tespit etti