NASA planerar att släppa de första bilderna tagna av James Webb Space Telescope (JWST) den 12 juli 2022. De kommer att markera början på nästa era inom astronomi, eftersom Webb – det största rymdteleskop som någonsin byggts – kommer att börja samla in vetenskaplig data som kommer att hjälpa till att svara på frågor om de tidigaste ögonblicken av universums existens och tillåta astronomer att studera exoplaneter i större detalj än någonsin tidigare. Men det tog nästan åtta månader av resor, installation, testning och kalibrering för att säkerställa att detta mest värdefulla teleskop var redo för bästa sändningstid.
Den mest kraftfulla Plats teleskopet, när det väl är i omloppsbana, kommer att titta längre ut i rymden – och därmed längre tillbaka i tiden – än någon tidigare teknik, vilket gör att astronomer kan se förhållanden som fanns strax efter Big Bang.
Var börjar allt för NASA:s teleskop?
I vår Vintergatans galax kommer teleskopet att utforska världar utanför solsystemet – extrasolära planeter eller exoplaneter – genom att studera deras atmosfärer för att se om de visar tecken på liv, som organiska molekyler och vatten.
Efter den framgångsrika uppskjutningen av James Webb-teleskopet den 25 december 2021, började teamet den långa processen att flytta den till sin slutliga omloppsbana, plocka isär teleskopet och, när allt hade svalnat, kalibrera kamerorna och sensorerna ombord. Lanseringen gick smidigt. En av de första sakerna som NASA-forskare märkte var att teleskopet hade mer bränsle kvar ombord än väntat för framtida justeringar av dess omloppsbana. Detta skulle tillåta Webb att arbeta mycket längre än uppdragets ursprungliga 10-åriga mål.
Den första uppgiften på Webbs månresa till dess slutliga plats i omloppsbana var att placera ut teleskopet. Det gick utan problem, och började med att installera solskyddet som hjälper till att kyla teleskopet. Sedan var det inriktningen av speglarna och införandet av sensorer. Kamerorna på Webby höll på att svalna, precis som ingenjörer hade förutspått, och det första instrumentet som teamet slog på var Near Infrared Camera, eller NIRCam. NIRCam är designat för att studera det svaga infraröda ljuset som sänds ut av de äldsta stjärnorna eller galaxerna i universum. Men vad härnäst?
Också intressant:
Det tidiga universum i det infraröda området
Eftersom ljus tar en begränsad tid att resa genom rymden, när astronomer tittar på föremål, tittar de faktiskt in i det förflutna. Ljus från solen tar cirka sju minuter att nå jorden, så när vi tittar på solen ser vi den som den var för sju minuter sedan.
Vi ser avlägsna objekt som de var för århundraden eller årtusenden sedan, och vi observerar de mest avlägsna objekten och galaxerna redan innan jorden bildades, och när vi ser dem kan de förändras i grunden eller till och med förstöras.
JWST är så kraftfullt att det kommer att kunna observera universum som det existerade för cirka 13,6 miljarder år sedan, 200 miljoner år efter den period av initial snabb inflation som vi kallar Big Bang. Detta är det äldsta förflutna som mänskligheten någonsin har tittat in i. Det som gör JWST till ett så kraftfullt verktyg för att avbilda det tidiga universum är att det utför sina observationer i det infraröda området av det elektromagnetiska spektrumet.
När ljus färdas till oss från dessa avlägsna källor, sträcker den accelererande expansionen av universum det ljuset. Detta betyder att medan ljuset från dessa tidiga stjärnor och galaxer liknar ljuset från närliggande stjärnor och galaxer, så "förskjuts" dess våglängd till det infraröda området av det elektromagnetiska spektrumet.
De mest avlägsna och äldsta galaxerna
Ett sätt som observatoriet kommer att identifiera tidiga galaxer är genom att observera de sex mest avlägsna och ljusstarkaste kvasarerna. Kvasarer är belägna i mitten av aktiva galaktiska kärnor (AGN) och matas av supermassiva svarta hål. De är ofta ljusare än strålningen från alla stjärnor i galaxen där de befinner sig, tillsammans.
De kvasarer som valts ut av JWST-teamet är bland de ljusaste, vilket innebär att de svarta hålen som matar dem också är de mest kraftfulla, förbrukar – eller snarare samlar – gas och damm i högsta takt. De genererar enorma mängder energi som värmer den omgivande gasen och trycker den utåt, vilket skapar kraftfulla jetstrålar som spränger genom galaxer in i det interstellära rymden.
Förutom att använda kvasarer, som har en märkbar effekt på de omgivande galaxerna, för att förstå deras utveckling, kommer JWST-forskare också att använda kvasarer för att studera en period i universums historia som kallas Era of Reionization. Det var ögonblicket då universum blev som mest genomskinligt och tillät ljuset att färdas fritt. Detta hände på grund av att den neutrala gasen i det intergalaktiska mediet blev laddad eller joniserad.
JWST kommer att undersöka detta genom att använda ljusa kvasarer som bakgrundsljuskällor för att studera gasen mellan oss och kvasaren. Genom att observera vilket ljus som absorberas av den interstellära gasen kommer forskare att kunna avgöra om den interstellära gasen är neutral eller joniserad.
100 galaxer på en gång
Ett av instrumenten JWST kommer att använda för att observera universum är Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Detta instrument kommer inte att producera visuellt häpnadsväckande bilder av de galaxer som det observerar, som vidvinkelbilden av tusentals galaxer som tagits av rymdteleskopet Hubble (bilden nedan). Istället kommer det att ge viktig spektrografisk information om dessa galaxer, vilket gör att många av dem kan ses på en gång.
Spektra för dessa galaxer innehåller mycket information, särskilt om den kemiska sammansättningen. Genom att studera dessa sammansättningar kommer forskarna att se hur snabbt galaxer kan omvandla sin gassammansättning till stjärnor och på så sätt bättre förstå universums utveckling.
För att göra detta med erforderlig noggrannhet krävs att en stor mängd ljus blockeras, och detta innebär vanligtvis att man studerar ett objekt i taget. Några av objekten JWST avser att studera är så avlägsna att deras ljus är otroligt svagt, vilket innebär att de måste observeras i hundratals timmar för att samla in tillräckligt med data för att bygga en spektral bild.
Lyckligtvis är NIRSpec utrustad med en kvarts miljon individuella fönster med mikroluckor i storleken av ett människohår arrangerade i ett wafermönster. Detta innebär att genom att justera mönstret för dessa persienner kommer JWST att kunna observera ett stort antal objekt i en vy för samtidig observation, och det är programmerbart för alla objektfält på himlen. Enligt NASAs uppskattningar kommer detta att tillåta NIRSpec att samtidigt samla in spektra från 100 observatorier, något som inget annat spektroskop kunde göra tidigare.
Läs också:
Jupiterstora exoplaneter
Sedan mitten av 1990-talet och upptäckten av en planet som kretsar kring en solliknande stjärna, har vår katalog över exoplaneter utökats till att nu omfatta över 4 51 bekräftade världar. De flesta av dessa världar, inklusive exoplaneten 1995 Pegasi b, upptäckt av det schweiziska teamet Michel Maior och Didier Calo XNUMX, är heta Jupiters. Dessa exoplaneter kretsar runt sina stjärnor i omedelbar närhet, och slutför vanligtvis ett varv på några timmar, vilket gör dem lätta att upptäcka med hjälp av exoplanetobservationstekniker.
Dessa världar är ofta tidvattenbundna till sin stjärna, vilket betyder att den ena sidan, den eviga dagssidan, är väldigt varm. Ett slående exempel på en sådan värld är WASP-121b, nyligen observerad av den spektroskopiska kameran ombord på Hubble. Något större än Jupiter i vårt solsystem förångas järn och aluminium på dagsidan av denna planet, och denna ånga förs till nattsidan av överljudsvindar. När dessa element svalnar faller de ut som metalliskt regn, med möjligheten att en del av aluminiumet kan kombineras med andra element och falla ut som flytande rubin- och safirskurar.
Dessa jätteplaneters närhet till sin moderstjärna kan orsaka tidvattenkrafter att ge dem formen av en rugbyboll. Vad hände med exoplaneten WASP-103b. En del av JWST:s roll från sin position en miljon km från jorden kommer att vara att studera dessa aggressiva planeters miljöer och atmosfärer.
Superjordar
En annan kategori av exoplaneter som rymdteleskopet kommer att använda för att observera är de så kallade superjordarna. Det här är världar som kan vara 10 gånger mer massiva än jorden, men ändå lättare än isjättar som Neptunus eller Uranus.
Superjordar behöver inte nödvändigtvis vara steniga, som vår planet, utan kan bestå av gas eller till och med en blandning av gas och sten. NASA säger att inom intervallet 3 till 10 jordmassor kan det finnas en mängd olika planetariska sammansättningar, inklusive vattenvärldar, snöbollsplaneter eller planeter som, liksom Neptunus, mestadels består av tät gas.
De två första superjordarna som kommer under radarn för NASA:s JWST kommer att vara lavatäckta 55 Cancri e, som verkar vara en stenig planet 41 ljusår bort, och LHS 3844b, som är dubbelt så stor som jorden och verkar vara har en stenig yta, liknande månen, men saknar en betydande atmosfär.
Båda dessa världar verkar ganska olämpliga för livet som vi känner det, men andra exoplaneter på olika platser i Vintergatan som kommer att studeras av JWST kan vara mer lovande.
Också intressant:
- 10 konstigaste saker vi lärde oss om svarta hål 2021
- Terraforming Mars: Kan den röda planeten förvandlas till en ny jord?
TRAPPIST-1 system
Under den första operationscykeln kommer teleskopet att noggrant studera TRAPPIST-1-systemet, beläget 41 ljusår från jorden. Det som gör detta planetsystem, som upptäcktes 2017, ovanligt är det faktum att dess sju steniga världar finns i aktivitetszonen för deras stjärna, vilket gör det till den största potentiellt beboeliga markvärlden som någonsin upptäckts.
Astronomer definierar den beboeliga zonen runt en stjärna som den region där temperaturen tillåter flytande vatten att existera. Eftersom denna region varken är för varm eller för kall för att flytande vatten ska existera, kallas den ofta Guldlockszonen.
Att vara i denna zon betyder dock inte att planeten är beboelig. Både Venus och Mars är inne i zonen runt solen, och ingen av planeterna kan bekvämt stödja liv som vi förstår det på grund av andra förhållanden. Planetary Society föreslår att andra faktorer, såsom solvindens styrka, planetens densitet, dominansen av stora månar, orienteringen av planetens omloppsbana och planetens rotation (eller uppenbar brist på sådan) kan vara nyckelfaktorer för beboelighet.
Organiska molekyler och planetarisk födelse
En av fördelarna med den infraröda undersökningen av universum av NASA:s JWST är förmågan att titta in i täta och massiva moln av interstellär gas och damm. Även om detta kanske inte låter särskilt spännande, blir utsikterna mycket mer attraktiva när man tänker på att det här är de platser där stjärnor och planeter föds och kallas för stjärnväxter.
Dessa områden i rymden kan inte observeras i det synliga ljusspektrumet eftersom dammhalten gör dem ogenomskinliga. Detta damm tillåter emellertid spridning av elektromagnetisk strålning i det infraröda våglängdsområdet. Detta innebär att JWST kommer att kunna studera de täta områdena i dessa gas- och stoftmoln när de kollapsar och bildar stjärnor.
Dessutom kommer rymdteleskopet också att kunna studera skivorna av damm och gas som omger unga stjärnor och föder planeter. Det kan inte bara visa hur planeter som de i solsystemet, inklusive jorden, bildas, utan det kan också visa hur de organiska molekylerna som är viktiga för livet är fördelade inom dessa protoplanetära skivor.
Och det finns en stellar plantskola som kommer att arbetas på av forskare som har tid att observera JWST i synnerhet.
Läs också:
- Att observera den röda planeten: A History of Martian Illusions
- Teleportering ur vetenskaplig synvinkel och dess framtid
Skapandets pelare
Skapelsens pelare är en av de ljusaste och vackraste kosmiska sevärdheterna som någonsin avbildats av mänskligheten. Rymdteleskopet Hubble, som fångade de vackra bilderna av skapelsens pelare (bilden nedan), kunde titta djupt in i dessa ljusårshöga torn av gas och damm.
Beläget i Örnnebulosan och 6500 XNUMX ljusår från jorden i stjärnbilden Ormen, är de ogenomskinliga kolumnerna – skapelsens pelare – platser för intensiv stjärnbildning. För att samla in detaljer om stjärnfödelseprocesserna inuti pelarna observerade Hubble dem i optiskt och infrarött ljus.
Infrarött ljus är nödvändigt för att observera de processer som sker inom skapelsens pelare eftersom, som med andra krubbor, synligt ljus inte kan tränga igenom det täta dammet i denna emissionsnebulosa.
Hubble är optimerad för synligt ljus, men den lyckades ändå ta fantastiska infraröda bilder av pelarna, som visar några av de unga stjärnorna som bor inuti dem. Det var det som upphetsade JWST-teamet – deras kraftfulla infraröda rymdteleskop skulle avslöja denna fascinerande region i rymden.
Jupiter, dess ringar och månar
Ett av målen för rymdteleskopet i solsystemet kommer att vara den största planeten, gasjätten Jupiter. Enligt NASA har ett team på mer än 40 forskare utvecklat ett observationsprogram som ska studera Jupiter, dess ringsystem och dess två månar: Ganymedes och Io. Detta kommer att vara en av de första teleskopundersökningarna i solsystemet, som kräver att den kalibreras mot gasjättens ljusstyrka samtidigt som den kan observera dess mycket svagare ringsystem.
JWST-teamet som ska observera Jupiter måste också ta hänsyn till planetens 10-timmarsdag. Detta skulle kräva att "sy ihop" separata bilder för att studera en viss region av den femte planeten som kretsar snabbt bort från solen, såsom den stora röda fläcken - den största stormen i solsystemet, djup och bred nog att uppsluka hela jorden .
Astronomer kommer att försöka förstå orsaken till fluktuationer i atmosfärens temperatur ovanför den stora röda fläcken, egenskaperna hos Jupiters extraordinära mörka ringar och närvaron av ett flytande hav av saltvatten under ytan av Jupiters måne Ganymedes.
Asteroider och jordnära objekt
En av de andra viktiga rollerna som JWST kommer att spela i solsystemet är studiet av asteroider och andra mindre kroppar av systemet i det infraröda området. Studien kommer att inkludera vad NASA klassificerar som Near-Earth Objects (NEOs), som är kometer och asteroider som har knuffats av gravitationskraften från närliggande planeter in i banor som tillåter dem att komma in i jordens grannskap.
JWST kommer att utföra observationer av asteroider och NEO i det infraröda området, vilket inte är möjligt från jordens atmosfär med hjälp av markbaserade teleskop eller mindre kraftfulla rymdbaserade teleskop. Syftet med dessa asteroidbedömningar kommer att vara att studera absorption och emission av ljus från ytan av dessa kroppar, vilket borde hjälpa till att bättre förstå deras sammansättning. JWST kommer också att tillåta astronomer att bättre klassificera formerna på asteroider, deras dammhalt och hur de avger gas.
Studiet av asteroider är avgörande för forskare som försöker förstå födelsen av solsystemet och dess planeter för 4,5 miljarder år sedan. Detta beror på att de är sammansatta av "oförstörda" material som fanns när planeterna bildades som undgick gravitationen av mindre planetbildande kroppar.
Tillsammans med att studera födelsen av planeter, stjärnor och själva galaxernas tidiga ögonblick, visar detta uppdrag återigen hur JWST kommer att lösa några av vetenskapens mest grundläggande mysterier.
Vad kommer härnäst?
Från och med den 15 juni 2022 är alla NASA Webb-instrument påslagna och de första bilderna har tagits. Dessutom har fyra avbildningslägen, tre tidsserielägen och tre spektroskopiska lägen testats och certifierats, vilket bara lämnar tre kvar. Som redan nämnts, den 12 juli planerar NASA att släppa en uppsättning teaserobservationer som illustrerar Webbs kapacitet. De kommer att visa skönheten i bilderna av rymden, samt ge astronomer en uppfattning om kvaliteten på de data de kommer att få.
Efter den 12 juli kommer rymdteleskopet James Webb att börja arbeta fullt ut med sitt vetenskapliga uppdrag. Det detaljerade schemat för nästa år har ännu inte släppts, men astronomer runt om i världen väntar ivrigt på de första uppgifterna från det kraftfullaste rymdteleskopet som någonsin byggts.
Du kan hjälpa Ukraina att slåss mot de ryska inkräktarna. Det bästa sättet att göra detta är att donera medel till Ukrainas väpnade styrkor genom Rädda liv eller via den officiella sidan NBU.
Prenumerera på våra sidor i Twitter att Facebook.
Läs också:
