NASA planlægger at frigive de første billeder taget af James Webb Space Telescope (JWST) den 12. juli 2022. De vil markere begyndelsen på den næste æra inden for astronomi, da Webb – det største rumteleskop nogensinde bygget – vil begynde at indsamle videnskabelige data, der vil hjælpe med at besvare spørgsmål om de tidligste øjeblikke af universets eksistens og give astronomer mulighed for at studere exoplaneter mere detaljeret end nogensinde. Men det tog næsten otte måneders rejse, opsætning, test og kalibrering for at sikre, at dette mest værdifulde teleskop var klar til bedste sendetid.
Den mest magtfulde plads teleskopet vil, når det først er i kredsløb, kigge længere ud i rummet – og derfor længere tilbage i tiden – end nogen tidligere teknologi, hvilket gør det muligt for astronomer at se forhold, der eksisterede kort efter Big Bang.
Hvor begynder det hele for NASA's teleskop?
I vores Mælkevejsgalakse vil teleskopet udforske verdener uden for solsystemet - ekstrasolare planeter eller exoplaneter - ved at studere deres atmosfærer for at se tegn på liv, såsom organiske molekyler og vand.
Efter den vellykkede opsendelse af James Webb-teleskopet den 25. december 2021 begyndte holdet den lange proces med at flytte det til sin endelige orbitale position, adskille teleskopet og, når tingene var afkølet, kalibrere kameraerne og sensorerne om bord. Lanceringen gik glat. En af de første ting, NASA-forskere bemærkede, var, at teleskopet havde mere brændstof tilbage om bord end forventet til fremtidige justeringer af dets kredsløb. Dette ville gøre det muligt for Webb at operere meget længere end missionens oprindelige 10-årige mål.
Den første opgave på Webbs månerejse til dens endelige placering i kredsløb var at installere teleskopet. Det gik uden problemer, begyndende med at installere solskærmen, der hjælper med at afkøle teleskopet. Så var der justeringen af spejlene og inklusion af sensorer. Kameraerne på Webby var ved at køle ned, præcis som ingeniører havde forudsagt, og det første instrument, holdet tændte, var Near Infrared Camera eller NIRCam. NIRCam er designet til at studere det svage infrarøde lys, der udsendes af de ældste stjerner eller galakser i universet. Men hvad så?
Også interessant:
Det tidlige univers i det infrarøde område
Fordi lys tager en begrænset mængde tid at rejse gennem rummet, når astronomer ser på objekter, ser de faktisk ind i fortiden. Lys fra Solen tager omkring syv minutter at nå Jorden, så når vi ser på Solen, ser vi den, som den var for syv minutter siden.
Vi ser fjerne objekter, som de var for århundreder eller årtusinder siden, og vi observerer de fjerneste objekter og galakser selv før dannelsen af Jorden, og når vi ser dem, kan de være fundamentalt ændret eller endda ødelagt.
JWST er så kraftfuldt, at det vil være i stand til at observere universet, som det eksisterede for omkring 13,6 milliarder år siden, 200 millioner år efter den periode med indledende hurtig inflation, vi kalder Big Bang. Dette er den ældste fortid, som menneskeheden nogensinde har set ind i. Det, der gør JWST til et så stærkt værktøj til billeddannelse af det tidlige univers, er, at det udfører sine observationer i det infrarøde område af det elektromagnetiske spektrum.
Når lys rejser til os fra disse fjerne kilder, strækker den accelererende udvidelse af universet dette lys. Dette betyder, at mens lyset fra disse tidlige stjerner og galakser ligner lyset fra nærliggende stjerner og galakser, "forskydes" dets bølgelængde ind i det infrarøde område af det elektromagnetiske spektrum.
De fjerneste og ældste galakser
En måde, hvorpå observatoriet vil identificere tidlige galakser, er ved at observere de seks fjerneste og mest lysstærke kvasarer. Kvasarer er placeret i centrum af aktive galaktiske kerner (AGN) og fodres af supermassive sorte huller. De er ofte lysere end strålingen fra alle stjernerne i den galakse, hvor de er placeret, tilsammen.
De kvasarer, der er udvalgt af JWST-teamet, er blandt de lyseste, hvilket betyder, at de sorte huller, der føder dem, også er de mest kraftfulde, der forbruger – eller rettere optager – gas og støv med den højeste hastighed. De genererer enorme mængder energi, der opvarmer den omgivende gas og skubber den udad, hvilket skaber kraftige jetfly, der sprænger gennem galakser ind i det interstellare rum.
Ud over at bruge kvasarer, som har en mærkbar effekt på de omgivende galakser, til at forstå deres udvikling, vil JWST-forskere også bruge kvasarer til at studere en periode i universets historie kaldet Reionization-æraen. Det var det øjeblik, hvor universet blev mest gennemsigtigt og tillod lys at rejse frit. Dette skete, fordi den neutrale gas i det intergalaktiske medium blev ladet eller ioniseret.
JWST vil undersøge dette ved at bruge lyse kvasarer som baggrundslyskilder til at studere gassen mellem os og kvasaren. Ved at observere, hvilket lys der absorberes af den interstellare gas, vil forskere være i stand til at afgøre, om den interstellare gas er neutral eller ioniseret.
100 galakser på én gang
Et af de instrumenter, JWST vil bruge til at observere universet, er Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Dette instrument vil ikke producere visuelt betagende billeder af de galakser, det observerer, ligesom vidvinkelbilledet af tusindvis af galakser taget af Hubble-rumteleskopet (billedet nedenfor). I stedet vil det give vigtige spektrografiske oplysninger om disse galakser, så mange af dem kan ses på én gang.
Disse galaksers spektre indeholder en masse information, især om den kemiske sammensætning. Ved at studere disse sammensætninger vil forskerne se, hvor hurtigt galakser kan omdanne deres gassammensætning til stjerner, og dermed bedre forstå universets udvikling.
For at gøre dette med den krævede nøjagtighed kræver det at blokere en stor mængde lys, og det betyder normalt at studere et objekt ad gangen. Nogle af de objekter, JWST har til hensigt at studere, er så fjerne, at deres lys er utroligt svagt, hvilket betyder, at de skal observeres i hundredvis af timer for at indsamle nok data til at opbygge et spektralbillede.
Heldigvis er NIRSpec udstyret med en kvart million individuelle vinduer med mikroskodder på størrelse med et menneskehår arrangeret i et wafermønster. Det betyder, at ved at justere mønsteret af disse persienner, vil JWST være i stand til at observere et stort antal objekter i én visning til samtidig observation, og det er programmerbart til ethvert felt af objekter på himlen. Ifølge NASA-estimeringer vil dette give NIRSpec mulighed for samtidig at indsamle spektre fra 100 observatorier, noget intet andet spektroskop kunne gøre før.
Læs også:
- 100 år med kvantefysik: Fra teorier fra 1920'erne til computere
- 5 fremtidige rummissioner at tænke på
Exoplaneter på størrelse med Jupiter
Siden midten af 1990'erne og opdagelsen af en planet, der kredser om en sollignende stjerne, er vores katalog over exoplaneter udvidet til nu at omfatte over 4 bekræftede verdener. De fleste af disse verdener, inklusive exoplaneten 51 Pegasi b, opdaget af det schweiziske hold Michel Maior og Didier Calo i 1995, er varme Jupitere. Disse exoplaneter kredser om deres stjerner i umiddelbar nærhed og fuldfører typisk en omdrejning på få timer, hvilket gør dem nemme at opdage ved hjælp af exoplanetobservationsteknikker.
Disse verdener er ofte tidevandsbundet til deres stjerne, hvilket betyder, at den ene side, den evige dagside, er meget varm. Et slående eksempel på en sådan verden er WASP-121b, som for nylig blev observeret af det spektroskopiske kamera ombord på Hubble. Lidt større end Jupiter i vores solsystem fordamper jern og aluminium på dagsiden af denne planet, og denne damp føres til natsiden af supersoniske vinde. Når disse elementer afkøles, udfældes de som metallisk regn, med mulighed for, at noget af aluminiumet kan kombineres med andre elementer og udfældes som flydende rubin- og safirbyger.
Disse gigantiske planeters nærhed til deres moderstjerne kan få tidevandskræfter til at give dem form som en rugbybold. Hvad skete der med exoplaneten WASP-103b. En del af JWSTs rolle fra sin position en million km fra Jorden vil være at studere disse aggressive planeters miljøer og atmosfærer.
Super jorder
En anden kategori af exoplaneter, som rumteleskopet vil bruge til at observere, er de såkaldte superjorder. Det er verdener, der kan være 10 gange mere massive end Jorden, men alligevel lettere end isgiganter som Neptun eller Uranus.
Superjord behøver ikke nødvendigvis at være stenet, ligesom vores planet, men kan bestå af gas eller endda en blanding af gas og sten. NASA siger, at der i området fra 3 til 10 jordmasser kan være en lang række planetariske sammensætninger, herunder vandverdener, sneboldplaneter eller planeter, der ligesom Neptun hovedsageligt består af tæt gas.
De første to superjorde, der kommer under radaren af NASA's JWST, vil være lava-dækkede 55 Cancri e, som ser ud til at være en klippeplanet 41 lysår væk, og LHS 3844b, som er dobbelt så stor som Jorden og ser ud til at har en stenet overflade, der ligner månen, men blottet for en betydelig atmosfære.
Begge disse verdener virker ret uegnede til liv, som vi kender det, men andre exoplaneter forskellige steder i Mælkevejen, som vil blive studeret af JWST, kan være mere lovende.
Også interessant:
- 10 mærkeligste ting, vi lærte om sorte huller i 2021
- Terraforming Mars: Kan den røde planet blive til en ny jord?
TRAPPIST-1 system
I løbet af den første operationelle cyklus vil teleskopet nøje studere TRAPPIST-1-systemet, der ligger 41 lysår fra Jorden. Det, der gør dette planetariske system, der blev opdaget i 2017, usædvanligt, er det faktum, at dets syv klippeverdener findes i deres stjernes aktivitetszone, hvilket gør det til den største potentielt beboelige terrestriske verden, der nogensinde er opdaget.
Astronomer definerer den beboelige zone omkring en stjerne som det område, hvor temperaturen tillader flydende vand at eksistere. Fordi denne region hverken er for varm eller for kold til, at der kan eksistere flydende vand, kaldes den ofte Guldlokzonen.
At være i denne zone betyder dog ikke, at planeten er beboelig. Både Venus og Mars er inde i zonen omkring Solen, og ingen af planeterne kan komfortabelt understøtte liv, som vi forstår det på grund af forskellige forhold. The Planetary Society foreslår, at andre faktorer, såsom styrken af solvinden, planetens tæthed, overvægten af store måner, orienteringen af planetens kredsløb og planetens rotation (eller tilsyneladende mangel på samme) kan være nøglefaktorer for beboelighed.
Organiske molekyler og planetarisk fødsel
En af fordelene ved NASA's JWST's infrarøde undersøgelse af universet er evnen til at kigge ind i tætte og massive skyer af interstellar gas og støv. Selvom dette måske ikke lyder særlig spændende, bliver udsigten meget mere attraktiv, når man tænker på, at det er de steder, hvor stjerner og planeter bliver født og kaldes stjerneplanteskoler.
Disse områder af rummet kan ikke observeres i det synlige lysspektrum, fordi støvindholdet gør dem uigennemsigtige. Imidlertid tillader dette støv spredning af elektromagnetisk stråling i det infrarøde bølgelængdeområde. Det betyder, at JWST vil være i stand til at studere de tætte områder af disse gas- og støvskyer, når de kollapser og danner stjerner.
Derudover vil rumteleskopet også kunne studere de skiver af støv og gas, der omgiver unge stjerner og føder planeter. Ikke alene kunne det vise, hvordan planeter som dem i solsystemet, inklusive Jorden, dannes, men det kunne også vise, hvordan de organiske molekyler, der er livsvigtige, er fordelt inden for disse protoplanetariske skiver.
Og der er en stjerneplantestue, som vil blive arbejdet på af forskere, der har tid til at observere JWST i særdeleshed.
Læs også:
- At observere den røde planet: En historie om Mars illusioner
- Teleportation fra et videnskabeligt synspunkt og dets fremtid
Skabelsens søjler
Skabelsens søjler er et af de lyseste og smukkeste kosmiske syn, der nogensinde er afbildet af menneskeheden. Hubble-rumteleskopet, som fangede de smukke billeder af Skabelsens søjler (billedet nedenfor), var i stand til at kigge dybt ind i disse lysår-høje tårne af gas og støv.
Beliggende i Ørnetågen og 6500 lysår fra Jorden i stjernebilledet Slangen, er de uigennemsigtige søjler – Skabelsens søjler – steder med intens stjernedannelse. For at samle detaljer om stjernefødselsprocesserne inde i søjlerne observerede Hubble dem i optisk og infrarødt lys.
Infrarødt lys er nødvendigt for at observere de processer, der finder sted inden for Skabelsens Søjler, fordi, som med andre krybber, kan synligt lys ikke trænge igennem det tætte støv i denne emissionståge.
Hubble er optimeret til synligt lys, men det lykkedes stadig at tage fantastiske infrarøde billeder af søjlerne, der viser nogle af de unge stjerner, der bor inde i dem. Det var det, der begejstrede JWST-teamet – deres kraftfulde infrarøde rumteleskop ville afsløre denne fascinerende region i rummet.
Jupiter, dens ringe og måner
Et af målene for rumteleskopet i solsystemet bliver den største planet, gasgiganten Jupiter. Ifølge NASA har et hold på mere end 40 forskere udviklet et observationsprogram, der skal studere Jupiter, dets ringsystem og dets to måner: Ganymedes og Io. Dette vil være en af de første teleskopundersøgelser i solsystemet, der kræver, at det skal kalibreres mod lysstyrken af gasgiganten, samtidig med at det er i stand til at observere dets meget svagere ringsystem.
JWST-holdet, der skal observere Jupiter, skal også tage højde for planetens 10-timers dag. Dette ville kræve at "sy" separate billeder sammen for at studere en bestemt region af den femte planet, der kredser hurtigt væk fra Solen, såsom Den Store Røde Plet - den største storm i Solsystemet, dyb og bred nok til at opsluge hele Jorden .
Astronomer vil forsøge bedre at forstå årsagen til udsving i atmosfærens temperatur over den store røde plet, egenskaberne ved Jupiters ekstraordinære dunkle ringe og tilstedeværelsen af et flydende hav af saltvand under overfladen af Jupiters måne Ganymedes.
Asteroider og jordnære objekter
En af de andre vigtige roller, som JWST vil spille i solsystemet, er studiet af asteroider og andre mindre kroppe af systemet i det infrarøde område. Undersøgelsen vil omfatte, hvad NASA klassificerer som Near-Earth Objects (NEO'er), som er kometer og asteroider, der er blevet skubbet af tyngdekraften fra nærliggende planeter ind i baner, der tillader dem at komme ind i Jordens nabolag.
JWST vil udføre observationer af asteroider og NEO'er i det infrarøde område, hvilket ikke er muligt fra Jordens atmosfære ved hjælp af jordbaserede teleskoper eller mindre kraftige rumbaserede teleskoper. Formålet med disse asteroidevurderinger vil være at studere absorption og emission af lys fra overfladen af disse kroppe, hvilket skulle hjælpe til bedre at forstå deres sammensætning. JWST vil også give astronomer mulighed for bedre at klassificere asteroidernes former, deres støvindhold og hvordan de udsender gas.
Studiet af asteroider er afgørende for forskere, der søger at forstå fødslen af solsystemet og dets planeter for 4,5 milliarder år siden. Dette skyldes, at de er sammensat af "ufordærvede" materialer, der eksisterede, da planeterne blev dannet, og som undslap tyngdekraften af mindre planetdannende kroppe.
Sammen med at studere fødslen af planeter, stjerner og selve galaksernes tidlige øjeblikke demonstrerer denne mission endnu en gang, hvordan JWST vil løse nogle af videnskabens mest fundamentale mysterier.
Hvad er det næste?
Fra den 15. juni 2022 er alle NASA Webb-instrumenter tændt, og de første billeder er taget. Derudover er fire billeddannelsestilstande, tre tidsserietilstande og tre spektroskopiske tilstande blevet testet og certificeret, så der kun er tre tilbage. Som allerede nævnt planlægger NASA den 12. juli at frigive et sæt teaser-observationer, der illustrerer Webbs evner. De vil vise skønheden i billederne af rummet, samt give astronomer en idé om kvaliteten af de data, de vil modtage.
Efter den 12. juli vil James Webb-rumteleskopet begynde at arbejde fuldt ud på sin videnskabelige mission. Den detaljerede tidsplan for næste år er endnu ikke offentliggjort, men astronomer verden over venter spændt på de første data fra det kraftigste rumteleskop, der nogensinde er bygget.
Du kan hjælpe Ukraine med at kæmpe mod de russiske angribere. Den bedste måde at gøre dette på er at donere midler til Ukraines væbnede styrker gennem Red livet eller via den officielle side NBU.
Abonner på vores sider i Twitter og Facebook.
Læs også:
