NASA aikoo julkaista ensimmäiset James Webbin avaruusteleskoopin (JWST) ottamat kuvat 12. heinäkuuta 2022. Ne merkitsevät seuraavan tähtitieteen aikakauden alkua, kun Webb – suurin koskaan rakennettu avaruusteleskooppi – alkaa kerätä tieteellistä tietoa, joka auttaa vastaamaan kysymyksiin universumin olemassaolon varhaisimmista hetkistä ja antaa tähtitieteilijöille mahdollisuuden tutkia eksoplaneettoja tarkemmin kuin koskaan ennen. Mutta kesti lähes kahdeksan kuukautta matkaa, asennusta, testausta ja kalibrointia varmistaakseen, että tämä arvokkain kaukoputki oli valmis parhaaseen katseluun.
Voimakkain tilaa kiertoradalla oleva teleskooppi kurkistaa pidemmälle avaruuteen - ja siten kauemmaksi ajassa taaksepäin - kuin mikään aikaisempi tekniikka, jolloin tähtitieteilijät voivat nähdä olosuhteet, jotka vallitsivat pian alkuräjähdyksen jälkeen.
Mistä kaikki alkaa NASAn kaukoputken kannalta?
Linnunrata-galaksissamme kaukoputki tutkii aurinkokunnan ulkopuolisia maailmoja – aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja tai eksoplaneettoja – tutkimalla niiden ilmakehästä kertovia elämän merkkejä, kuten orgaanisia molekyylejä ja vettä.
James Webb -teleskoopin onnistuneen laukaisun jälkeen 25. joulukuuta 2021 tiimi aloitti pitkän prosessin sen siirtämiseksi lopulliseen kiertoradalle, kaukoputken purkamiseen ja, kun asiat olivat jäähtyneet, aluksella olevien kameroiden ja antureiden kalibroimiseksi. Laukaisu sujui mutkattomasti. Yksi ensimmäisistä asioista, jonka NASAn tutkijat huomasivat, oli se, että kaukoputkessa oli enemmän polttoainetta jäljellä kuin odotettiin sen kiertoradan tulevia säätöjä varten. Tämä antaisi Webbin toimia paljon kauemmin kuin operaation alkuperäinen 10 vuoden tavoite.
Ensimmäinen tehtävä Webbin kuun matkalla lopulliseen sijaintiinsa kiertoradalla oli teleskoopin käyttöönotto. Se sujui ongelmitta, alkaen aurinkosuojasta, joka auttaa jäähdyttämään kaukoputkea. Sitten oli peilien kohdistaminen ja antureiden sisällyttäminen. Webbyn kamerat olivat jäähtymässä, kuten insinöörit olivat ennustaneet, ja ensimmäinen instrumentti, jonka tiimi käynnisti, oli Near Infrared Camera tai NIRCam. NIRCam on suunniteltu tutkimaan maailmankaikkeuden vanhimpien tähtien tai galaksien lähettämää heikkoa infrapunavaloa. Mutta mitä seuraavaksi?
Mielenkiintoista myös:
Varhainen universumi infrapuna-alueella
Koska valolla kuluu rajallinen aika kulkea avaruudessa, tähtitieteilijät katsovat esineitä katsoessaan menneisyyteen. Auringon valolla kestää noin seitsemän minuuttia päästäkseen Maahan, joten kun katsomme aurinkoa, näemme sen sellaisena kuin se oli seitsemän minuuttia sitten.
Näemme kaukaisia esineitä sellaisina kuin ne olivat vuosisatoja tai vuosituhansia sitten, ja havainnoimme kaukaisimpia kohteita ja galakseja jo ennen Maan muodostumista, ja kun näemme ne, ne voivat muuttua perusteellisesti tai jopa tuhoutua.
JWST on niin voimakas, että se pystyy tarkkailemaan maailmankaikkeutta sellaisena kuin se oli noin 13,6 miljardia vuotta sitten, 200 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen alkuvaiheen nopean inflaation jälkeen. Tämä on vanhin menneisyys, johon ihmiskunta on koskaan katsonut. Mikä tekee JWST:stä niin tehokkaan työkalun varhaisen maailmankaikkeuden kuvaamiseen, on se, että se suorittaa havaintojaan sähkömagneettisen spektrin infrapuna-alueella.
Kun valo kulkee meille näistä kaukaisista lähteistä, universumin kiihtyvä laajeneminen venyttää valoa. Tämä tarkoittaa, että vaikka näiden varhaisten tähtien ja galaksien valo on samanlainen kuin lähellä olevien tähtien ja galaksien valo, sen aallonpituus on "siirtynyt" sähkömagneettisen spektrin infrapuna-alueelle.
Kaukaisimmat ja vanhimmat galaksit
Yksi tapa, jolla observatorio tunnistaa varhaiset galaksit, on tarkkailla kuutta kaukaisinta ja kirkkainta kvasaria. Kvasaarit sijaitsevat aktiivisten galaktisten ytimien (AGN) keskellä, ja niitä ruokkivat supermassiiviset mustat aukot. Ne ovat usein kirkkaampia kuin kaikkien sen galaksin tähtien säteily, jossa ne sijaitsevat, yhdistettynä.
JWST-tiimin valitsemat kvasaarit ovat kirkkaimpia, mikä tarkoittaa, että niitä ruokkivat mustat aukot ovat myös tehokkaimpia ja kuluttavat – tai pikemminkin kerääntyvät – kaasua ja pölyä eniten. Ne tuottavat valtavia määriä energiaa, joka lämmittää ympäröivää kaasua ja työntää sitä ulospäin luoden tehokkaita suihkuja, jotka tunkeutuvat galaksien läpi tähtienväliseen avaruuteen.
Sen lisäksi, että JWST:n tutkijat käyttävät kvasaareja, joilla on huomattava vaikutus ympäröiviin galakseihin, niiden evoluution ymmärtämiseen, he käyttävät kvasaareja myös universumin historian ajanjakson, jota kutsutaan reionisaation aikakaudeksi, tutkimiseen. Se oli hetki, jolloin maailmankaikkeudesta tuli läpinäkyvin ja valo pääsi kulkemaan vapaasti. Tämä tapahtui, koska galaktisten väliaineiden neutraali kaasu varautui tai ionisoitui.
JWST tutkii tätä käyttämällä kirkkaita kvasaareita taustavalonlähteinä tutkiakseen kaasua meidän ja kvasaarin välillä. Tarkkailemalla, mitä valoa tähtienvälinen kaasu absorboi, tutkijat voivat määrittää, onko tähtienvälinen kaasu neutraalia vai ionisoitua.
100 galaksia kerralla
Yksi instrumenteista, joita JWST käyttää universumin tarkkailuun, on Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Tämä instrumentti ei tuota visuaalisesti upeita kuvia havaitsemistaan galakseista, kuten Hubble-avaruusteleskoopin ottama laajakulmakuva tuhansista galakseista (kuvassa alla). Sen sijaan se tarjoaa tärkeitä spektrografisia tietoja näistä galakseista, jolloin monet niistä voidaan nähdä kerralla.
Näiden galaksien spektrit sisältävät paljon tietoa, erityisesti kemiallisesta koostumuksesta. Näitä koostumuksia tutkimalla tutkijat näkevät, kuinka nopeasti galaksit voivat muuttaa kaasukoostumuksensa tähdiksi, ja ymmärtävät näin paremmin maailmankaikkeuden evoluutiota.
Tämän tekeminen vaaditulla tarkkuudella edellyttää suuren valomäärän estämistä, mikä tarkoittaa yleensä yhden kohteen tutkimista kerrallaan. Jotkut kohteista, joita JWST aikoo tutkia, ovat niin kaukana, että niiden valo on uskomattoman himmeä, mikä tarkoittaa, että niitä on tarkkailtava satoja tunteja saadakseen tarpeeksi tietoa spektrikuvan muodostamiseksi.
Onneksi NIRSpec on varustettu neljännesmiljoonalla yksittäisellä ikkunalla, joissa on hiuksen kokoiset mikroluukut, jotka on järjestetty kiekkokuvioon. Tämä tarkoittaa, että säätämällä näiden kaihtimien kuviota, JWST pystyy tarkkailemaan suuren määrän kohteita yhdessä näkymässä samanaikaista havainnointia varten, ja se on ohjelmoitavissa mihin tahansa taivaan objektikenttiin. NASAn arvioiden mukaan tämä antaa NIRSpecille mahdollisuuden kerätä spektrejä samanaikaisesti 100 observatoriosta, mitä mikään muu spektroskooppi ei voinut tehdä aiemmin.
Lue myös:
- 100 vuotta kvanttifysiikkaa: 1920-luvun teorioista tietokoneisiin
- 5 tulevaa avaruustehtävää mietittäväksi
Jupiterin kokoiset eksoplaneetat
1990-luvun puolivälistä ja Auringon kaltaista tähteä kiertävän planeetan löytämisestä lähtien eksoplaneettojen luettelomme on laajentunut kattamaan nyt yli 4 51 vahvistettua maailmaa. Suurin osa näistä maailmoista, mukaan lukien eksoplaneetta 1995 Pegasi b, jonka Michel Maiorin ja Didier Calon sveitsiläinen tiimi löysi vuonna XNUMX, ovat kuumia Jupitereita. Nämä eksoplaneetat kiertävät tähtiään lähellä toisiaan ja suorittavat tyypillisesti vallankumouksen muutamassa tunnissa, minkä ansiosta ne on helppo havaita käyttämällä eksoplaneettojen havainnointitekniikoita.
Nämä maailmat ovat usein vuorovesi-sidoksissa tähteensä, mikä tarkoittaa, että toinen puoli, ikuisen päivän puoli, on erittäin kuuma. Hämmästyttävä esimerkki tällaisesta maailmasta on WASP-121b, jonka äskettäin havaitsi Hubblen spektroskooppinen kamera. Hieman suurempi kuin aurinkokuntamme Jupiter, rauta ja alumiini höyrystyvät tämän planeetan päiväpuolella, ja yliäänituulet kuljettavat tämän höyryn yöpuolelle. Kun nämä elementit jäähtyvät, ne saostuvat metallisateina, ja on mahdollista, että osa alumiinista voi yhdistyä muihin elementteihin ja saostua nestemäisinä rubiini- ja safiirisuihkuina.
Näiden jättiläisplaneettojen läheisyys emotähdeensä voi saada vuorovesivoimat antamaan niille rugbypallon muodon. Mitä tapahtui eksoplaneetalle WASP-103b. Osa JWST:n roolista miljoonan kilometrin päässä Maasta on näiden aggressiivisten planeettojen ympäristön ja ilmakehän tutkiminen.
Super maapallot
Toinen eksoplaneettojen luokka, jota avaruusteleskooppi käyttää tarkkailemaan, ovat niin sanotut supermaapallot. Nämä ovat maailmoja, jotka voivat olla 10 kertaa Massiivisempia kuin Maa, mutta kevyempiä kuin jääjättiläiset, kuten Neptunus tai Uranus.
Supermaiden ei välttämättä tarvitse olla kivisiä, kuten planeettamme, vaan ne voivat koostua kaasusta tai jopa kaasun ja kiven seoksesta. NASA sanoo, että 3–10 Maan massan alueella voi olla monenlaisia planeettojen koostumuksia, mukaan lukien vesimaailmat, lumipalloplaneetat tai planeetat, jotka, kuten Neptunus, koostuvat enimmäkseen tiheästä kaasusta.
Kaksi ensimmäistä NASAn JWST:n tutkan alle joutuvaa supermaata ovat laavan peittämä 55 Cancri e, joka näyttää olevan kiviplaneetta 41 valovuoden päässä, ja LHS 3844b, joka on kaksi kertaa Maan kokoinen ja näyttää on kivinen pinta, samanlainen kuin kuu, mutta vailla merkittävää ilmakehää.
Molemmat maailmat näyttävät melko sopimattomilta elämään sellaisena kuin me sen tunnemme, mutta muut Linnunradan eri paikoissa olevat eksoplaneetat, joita JWST tutkii, voivat olla lupaavampia.
Mielenkiintoista myös:
- 10 oudointa asiaa, jotka opimme mustista aukoista vuonna 2021
- Terraformoiva Mars: Voisiko punainen planeetta muuttua uudeksi maapalloksi?
TRAPPIST-1 järjestelmä
Ensimmäisen toimintajakson aikana teleskooppi tutkii tarkasti TRAPPIST-1-järjestelmää, joka sijaitsee 41 valovuoden päässä Maasta. Tästä vuonna 2017 löydetystä planeettajärjestelmästä tekee epätavallisen se, että sen seitsemän kivistä maailmaa esiintyy niiden tähtien aktiivisuusvyöhykkeellä, mikä tekee siitä suurimman koskaan löydetyn mahdollisesti asuttavan maanpäällisen maailman.
Tähtitieteilijät määrittelevät tähden ympärillä olevan asumiskelpoisen alueen alueeksi, jossa lämpötila sallii nestemäisen veden olemassaolon. Koska tämä alue ei ole liian kuuma eikä liian kylmä nestemäisen veden olemassaololle, sitä kutsutaan usein Goldilocks-vyöhykkeeksi.
Tällä vyöhykkeellä oleminen ei kuitenkaan tarkoita, että planeetta olisi asumiskelpoinen. Sekä Venus että Mars ovat Auringon ympärillä olevan vyöhykkeen sisällä, eikä kumpikaan planeetta voi mukavasti tukea elämää sellaisena kuin sen ymmärrämme muiden olosuhteiden vuoksi. Planetary Society ehdottaa, että muut tekijät, kuten aurinkotuulen voimakkuus, planeetan tiheys, suurten kuuiden vallitsevuus, planeetan kiertoradan suunta ja planeetan pyöriminen (tai sen ilmeinen puute) voivat olla avaintekijöitä. asumiskelpoisuuden vuoksi.
Orgaaniset molekyylit ja planeettojen syntyminen
Yksi NASAn JWST:n universumin infrapunatutkimuksen eduista on kyky kurkistaa tiheisiin ja massiivisiin tähtienvälisten kaasujen ja pölyn pilviin. Vaikka tämä ei ehkä kuulosta kovin jännittävältä, tulevaisuudennäkymästä tulee paljon houkuttelevampi, kun ottaa huomioon, että nämä ovat paikkoja, joissa tähdet ja planeetat syntyvät ja joita kutsutaan tähtien lastentarhoiksi.
Näitä avaruuden alueita ei voida havaita näkyvän valon spektrissä, koska pölypitoisuus tekee niistä läpinäkymättömiä. Tämä pöly mahdollistaa kuitenkin sähkömagneettisen säteilyn leviämisen infrapuna-aallonpituusalueella. Tämä tarkoittaa, että JWST pystyy tutkimaan näiden kaasu- ja pölypilvien tiheitä alueita, kun ne romahtavat ja muodostavat tähtiä.
Lisäksi avaruusteleskooppi pystyy tutkimaan myös nuoria tähtiä ympäröiviä pöly- ja kaasukiekkoja, jotka synnyttävät planeettoja. Se ei vain pystyisi osoittamaan, kuinka aurinkokunnan planeetat, mukaan lukien Maa, muodostuvat, vaan se voisi myös näyttää, kuinka elämälle tärkeät orgaaniset molekyylit jakautuvat näissä protoplaneettalevyissä.
Ja siellä on yksi loistava lastenhuone, jonka parissa työskentelevät tutkijat, joilla on aikaa tarkkailla erityisesti JWST:tä.
Lue myös:
- Punaisen planeetan tarkkailu: Marsin illuusioiden historia
- Teleportaatio tieteellisestä näkökulmasta ja sen tulevaisuus
Luomisen pilarit
Luomisen pilarit ovat yksi kirkkaimmista ja kauneimmista kosmisista nähtävyyksistä, joita ihmiskunta on koskaan kuvannut. Hubble-avaruusteleskooppi, joka otti kauniita kuvia luomisen pilareista (kuvassa alla), pystyi kurkistamaan syvälle näihin valovuoden korkeisiin kaasu- ja pölytorniin.
Kotkasumussa ja 6500 XNUMX valovuoden päässä Maasta Käärmeen tähdistössä sijaitsevat läpinäkymättömät pylväät – luomisen pilarit – ovat intensiivisen tähtien muodostumisen paikkoja. Hubble tarkkaili niitä optisessa ja infrapunavalossa kerätäkseen yksityiskohtia tähtien syntyprosesseista pilarien sisällä.
Infrapunavaloa tarvitaan luomisen pilareissa tapahtuvien prosessien tarkkailemiseksi, koska muiden seimeiden tapaan näkyvä valo ei voi tunkeutua tämän emissio-sumun tiheään pölyyn.
Hubble on optimoitu näkyvälle valolle, mutta se onnistui silti ottamaan upeita infrapunakuvia pilareista, joissa näkyy joitain niiden sisällä asuvia nuoria tähtiä. JWST-tiimi innosti juuri siitä – heidän tehokas infrapuna-avaruusteleskooppinsa paljastaisi tämän kiehtovan avaruuden alueen.
Jupiter, sen renkaat ja satelliitit
Yksi aurinkokunnan avaruusteleskoopin kohteista tulee olemaan suurin planeetta, kaasujättiläinen Jupiter. NASAn mukaan yli 40 tutkijan ryhmä on kehittänyt havainnointiohjelman, joka tutkii Jupiteria, sen rengasjärjestelmää ja sen kahta kuuta: Ganymedea ja Ioa. Tämä on yksi ensimmäisistä aurinkokunnan teleskooppitutkimuksista, joka vaatii sen kalibroimista kaasujättiläisen kirkkautta vastaan samalla, kun se pystyy tarkkailemaan sen paljon himmeämpää rengasjärjestelmää.
Jupiteria tarkkailevan JWST-ryhmän on otettava huomioon myös planeetan 10 tunnin työpäivä. Tämä vaatisi erillisten kuvien "liittämistä" yhteen viidennen planeetan yhden tietyn alueen tutkimiseksi, joka kiertää nopeasti Auringosta poispäin, kuten Great Red Spot - aurinkokunnan suurin myrsky, tarpeeksi syvä ja leveä nielaisemaan koko maan. .
Tähtitieteilijät yrittävät ymmärtää paremmin syyn ilmakehän lämpötilan vaihteluihin Suuren punaisen pisteen yläpuolella, Jupiterin poikkeuksellisten himmeiden renkaiden ominaisuuksia ja nestemäisen suolaisen veden valtameren läsnäoloa Jupiterin kuun Ganymeden pinnan alla.
Asteroidit ja maata lähellä olevat kohteet
Yksi muista tärkeistä rooleista, joita JWST tulee näyttelemään aurinkokunnassa, on asteroidien ja muiden järjestelmän pienempien kappaleiden tutkimus infrapuna-alueella. Tutkimus sisältää NASAn luokittelemat Near-Earth Objects (NEO) -objektit, jotka ovat komeettoja ja asteroideja, jotka on työnnetty läheisten planeettojen painovoiman vaikutuksesta kiertoradalle, jonka avulla ne pääsevät Maan naapurustossa.
JWST tekee havaintoja asteroideista ja NEO:ista infrapuna-alueella, mikä ei ole mahdollista Maan ilmakehästä käyttämällä maanpäällisiä teleskooppeja tai vähemmän tehokkaita avaruusteleskooppeja. Näiden asteroidiarviointien tarkoituksena on tutkia valon absorptiota ja emissiota näiden kappaleiden pinnasta, mikä auttaa ymmärtämään paremmin niiden koostumusta. JWST:n avulla tähtitieteilijät voivat myös luokitella paremmin asteroidien muodot, niiden pölypitoisuuden ja kaasupäästöt.
Asteroidien tutkimus on elintärkeää tutkijoille, jotka haluavat ymmärtää aurinkokunnan ja sen planeettojen syntyä 4,5 miljardia vuotta sitten. Tämä johtuu siitä, että ne koostuvat "korruptoitumattomista" materiaaleista, jotka olivat olemassa, kun planeetat muodostuivat ja pakenivat pienempien planeettoja muodostavien kappaleiden painovoimasta.
Planeettojen, tähtien ja galaksien varhaisten hetkien tutkimisen ohella tämä tehtävä osoittaa jälleen kerran, kuinka JWST ratkaisee joitain tieteen perustavanlaatuisimmista mysteereistä.
Mitä seuraavaksi?
15. kesäkuuta 2022 lähtien kaikki NASA Webb -instrumentit ovat päällä ja ensimmäiset kuvat on otettu. Lisäksi neljä kuvantamistilaa, kolme aikasarjatilaa ja kolme spektroskooppista tilaa on testattu ja sertifioitu, joten vain kolme on jäljellä. Kuten jo mainittiin, NASA aikoo julkaista heinäkuun 12. päivänä joukon teaser-havaintoja, jotka kuvaavat Webbin kykyjä. Ne näyttävät avaruuskuvien kauneuden sekä antavat tähtitieteilijöille käsityksen heidän vastaanottamiensa tietojen laadusta.
Heinäkuun 12. päivän jälkeen James Webb -avaruusteleskooppi alkaa työskennellä täysin tieteellisessä tehtävässään. Ensi vuoden yksityiskohtaista aikataulua ei ole vielä julkaistu, mutta tähtitieteilijät ympäri maailmaa odottavat innolla ensimmäisiä tietoja tehokkaimmasta koskaan rakennetusta avaruusteleskoopista.
Voit auttaa Ukrainaa taistelemaan venäläisiä hyökkääjiä vastaan. Paras tapa tehdä tämä on lahjoittaa varoja Ukrainan asevoimille Pelasta elämä tai virallisen sivun kautta NBU.
Tilaa sivumme sisään Twitter että Facebook.
Lue myös:
