NASA planlegger å frigi de første bildene tatt av James Webb Space Telescope (JWST) 12. juli 2022. De vil markere begynnelsen på neste æra innen astronomi, da Webb – det største romteleskopet som noen gang er bygget – vil begynne å samle inn vitenskapelige data som vil bidra til å svare på spørsmål om de tidligste øyeblikkene av universets eksistens og tillate astronomer å studere eksoplaneter i større detalj enn Noensinne. Men det tok nesten åtte måneder med reise, oppsett, testing og kalibrering for å sikre at dette mest verdifulle teleskopet var klart for beste sendetid.
Den mektigste rom teleskopet, når det først er i bane, vil skue lenger ut i verdensrommet – og derfor lenger tilbake i tid – enn noen tidligere teknologi, noe som lar astronomer se forhold som eksisterte kort tid etter Big Bang.
Hvor begynner det hele for NASAs teleskop?
I Melkeveisgalaksen vår vil teleskopet utforske verdener utenfor solsystemet – ekstrasolare planeter eller eksoplaneter – ved å studere atmosfærene deres for å se etter tegn på liv, som organiske molekyler og vann.
Etter den vellykkede lanseringen av James Webb-teleskopet 25. desember 2021, begynte teamet den lange prosessen med å flytte det til sin endelige baneposisjon, demontere teleskopet og, når ting var avkjølt, kalibrere kameraene og sensorene om bord. Lanseringen gikk knirkefritt. Noe av det første NASA-forskere la merke til var at teleskopet hadde mer drivstoff igjen om bord enn forventet for fremtidige justeringer av banen. Dette ville tillate Webb å operere mye lenger enn oppdragets opprinnelige 10-årige mål.
Den første oppgaven på Webbs månereise til dens endelige plassering i bane var å utplassere teleskopet. Det gikk uten problemer, og startet med å sette ut solskjermen som hjelper til med å kjøle ned teleskopet. Så var det justering av speil og inkludering av sensorer. Kameraene på Webby ble avkjølt, akkurat som ingeniører hadde spådd, og det første instrumentet teamet satte på var Near Infrared Camera, eller NIRCam. NIRCam er designet for å studere det svake infrarøde lyset som sendes ut av de eldste stjernene eller galaksene i universet. Men hva neste?
Også interessant:
Det tidlige universet i det infrarøde området
Fordi lys bruker begrenset tid på å reise gjennom verdensrommet, ser de faktisk inn i fortiden når astronomer ser på objekter. Lys fra solen bruker omtrent syv minutter på å nå jorden, så når vi ser på solen, ser vi den slik den var for syv minutter siden.
Vi ser fjerne objekter slik de var for århundrer eller årtusener siden, og vi observerer de fjerneste objektene og galaksene selv før dannelsen av jorden, og når vi ser dem, kan de være fundamentalt endret eller til og med ødelagt.
JWST er så kraftig at den vil være i stand til å observere universet slik det eksisterte for rundt 13,6 milliarder år siden, 200 millioner år etter perioden med innledende rask inflasjon vi kaller Big Bang. Dette er den eldste fortiden som menneskeheten noen gang har sett inn i. Det som gjør JWST til et så kraftig verktøy for å avbilde det tidlige universet, er at det utfører sine observasjoner i det infrarøde området av det elektromagnetiske spekteret.
Når lys reiser til oss fra disse fjerne kildene, strekker den akselererende utvidelsen av universet det lyset. Dette betyr at mens lyset fra disse tidlige stjernene og galaksene ligner på det fra nærliggende stjerner og galakser, blir bølgelengden "forskyvet" inn i det infrarøde området av det elektromagnetiske spekteret.
De fjerneste og eldste galaksene
En måte observatoriet vil identifisere tidlige galakser på er ved å observere de seks fjerneste og lyseste kvasarene. Kvasarer er lokalisert i sentrum av aktive galaktiske kjerner (AGN) og mates av supermassive sorte hull. De er ofte lysere enn strålingen fra alle stjernene i galaksen de befinner seg i, til sammen.
Kvasarene valgt av JWST-teamet er blant de lyseste, noe som betyr at de sorte hullene som mater dem også er de kraftigste, forbruker – eller snarere samler opp – gass og støv med høyest hastighet. De genererer enorme mengder energi som varmer opp den omkringliggende gassen og skyver den utover, og skaper kraftige jetfly som bryter gjennom galakser inn i det interstellare rommet.
I tillegg til å bruke kvasarer, som har en merkbar effekt på de omkringliggende galaksene, for å forstå utviklingen deres, vil JWST-forskere også bruke kvasarer for å studere en periode i universets historie som kalles Reionization Era. Det var øyeblikket da universet ble mest gjennomsiktig og lot lyset bevege seg fritt. Dette skjedde fordi den nøytrale gassen i det intergalaktiske mediet ble ladet eller ionisert.
JWST vil undersøke dette ved å bruke lyse kvasarer som bakgrunnslyskilder for å studere gassen mellom oss og kvasaren. Ved å observere hvilket lys som absorberes av den interstellare gassen, vil forskerne kunne fastslå om den interstellare gassen er nøytral eller ionisert.
100 galakser på en gang
Et av instrumentene JWST skal bruke for å observere universet er Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Dette instrumentet vil ikke produsere visuelt imponerende bilder av galaksene det observerer som vidvinkelbildet av tusenvis av galakser tatt av Hubble-romteleskopet (bildet nedenfor). I stedet vil det gi viktig spektrografisk informasjon om disse galaksene, slik at mange av dem kan sees samtidig.
Spektrene til disse galaksene inneholder mye informasjon, spesielt om den kjemiske sammensetningen. Ved å studere disse sammensetningene vil forskerne se hvor raskt galakser kan konvertere gasssammensetningen sin til stjerner, og dermed bedre forstå universets utvikling.
For å gjøre dette med den nødvendige nøyaktigheten kreves det å blokkere en stor mengde lys, og dette betyr vanligvis å studere ett objekt om gangen. Noen av objektene JWST har til hensikt å studere er så fjerne at lyset deres er utrolig svakt, noe som betyr at de må observeres i hundrevis av timer for å samle nok data til å bygge et spektralbilde.
Heldigvis er NIRSpec utstyrt med en kvart million individuelle vinduer med mikroskodder på størrelse med et menneskehår arrangert i et oblatmønster. Dette betyr at ved å justere mønsteret til disse persiennene, vil JWST kunne observere et stort antall objekter i en visning for samtidig observasjon, og den er programmerbar for alle felt av objekter på himmelen. Ifølge NASA-estimater vil dette tillate NIRSpec å samle spektre fra 100 observatorier samtidig, noe ingen andre spektroskoper kunne gjøre før.
Les også:
- 100 år med kvantefysikk: Fra teorier fra 1920-tallet til datamaskiner
- 5 fremtidige romoppdrag å tenke på
Eksoplaneter på størrelse med Jupiter
Siden midten av 1990-tallet og oppdagelsen av en planet som kretser rundt en sollignende stjerne, har katalogen vår over eksoplaneter utvidet seg til å omfatte over 4 bekreftede verdener. De fleste av disse verdenene, inkludert eksoplaneten 51 Pegasi b, oppdaget av det sveitsiske teamet til Michel Maior og Didier Calo i 1995, er varme Jupitere. Disse eksoplanetene går i bane rundt stjernene sine i umiddelbar nærhet, og fullfører vanligvis en revolusjon i løpet av noen få timer, noe som gjør dem enkle å oppdage ved bruk av eksoplanetobservasjonsteknikker.
Disse verdenene er ofte tidevannsbundet til sin stjerne, noe som betyr at den ene siden, den evige dagsiden, er veldig varm. Et slående eksempel på en slik verden er WASP-121b, nylig observert av det spektroskopiske kameraet om bord på Hubble. Litt større enn Jupiter i vårt solsystem, fordamper jern og aluminium på dagsiden av denne planeten, og denne dampen føres til nattsiden av supersoniske vinder. Når disse elementene avkjøles, faller de ut som metallisk regn, med mulighet for at noe av aluminiumet kan kombineres med andre elementer og falle ut som flytende rubin- og safirdusjer.
Nærheten til disse gigantiske planetene til deres overordnede stjerne kan føre til at tidevannskrefter gir dem form som en rugbyball. Hva skjedde med eksoplaneten WASP-103b. En del av JWSTs rolle fra sin posisjon en million km fra Jorden vil være å studere miljøene og atmosfærene til disse aggressive planetene.
Superjordene
En annen kategori av eksoplaneter som romteleskopet skal bruke til å observere er de såkalte superjordene. Dette er verdener som kan være 10 ganger mer massive enn jorden, men likevel lettere enn isgiganter som Neptun eller Uranus.
Superjordene trenger ikke nødvendigvis å være steinete, som planeten vår, men kan bestå av gass eller til og med en blanding av gass og stein. NASA sier at i området fra 3 til 10 jordmasser kan det være en lang rekke planetariske sammensetninger, inkludert vannverdener, snøballplaneter eller planeter som, som Neptun, hovedsakelig består av tett gass.
De to første superjordene som kommer under radaren til NASAs JWST vil være lava-dekket 55 Cancri e, som ser ut til å være en steinete planet 41 lysår unna, og LHS 3844b, som er dobbelt så stor som jorden og ser ut til å være har en steinete overflate, lik månen, men blottet for en betydelig atmosfære.
Begge disse verdenene virker ganske uegnet for livet slik vi kjenner det, men andre eksoplaneter på forskjellige steder i Melkeveien som vil bli studert av JWST kan være mer lovende.
Også interessant:
- De 10 rareste tingene vi lærte om sorte hull i 2021
- Terraforming Mars: Kan den røde planeten bli til en ny jord?
TRAPPIST-1 system
I løpet av den første operasjonssyklusen vil teleskopet nøye studere TRAPPIST-1-systemet, som ligger 41 lysår fra Jorden. Det som gjør dette planetsystemet, oppdaget i 2017, uvanlig, er det faktum at dets syv steinete verdener eksisterer i aktivitetssonen til stjernen deres, noe som gjør det til den største potensielt beboelige terrestriske verdenen som noen gang er oppdaget.
Astronomer definerer den beboelige sonen rundt en stjerne som området der temperaturen tillater flytende vann å eksistere. Fordi denne regionen verken er for varm eller for kald til at flytende vann kan eksistere, kalles den ofte Goldilocks Zone.
Men å være i denne sonen betyr ikke at planeten er beboelig. Både Venus og Mars er innenfor sonen rundt solen, og ingen av planetene kan komfortabelt støtte liv slik vi forstår det på grunn av andre forhold. Planetary Society antyder at andre faktorer, som styrken til solvinden, planetens tetthet, overvekt av store måner, orienteringen til planetens bane og planetens rotasjon (eller tilsynelatende mangel på sådan) kan være nøkkelfaktorer for beboelighet.
Organiske molekyler og planetarisk fødsel
En av fordelene med den infrarøde undersøkelsen av universet av NASAs JWST er muligheten til å kikke inn i tette og massive skyer av interstellar gass og støv. Selv om dette kanskje ikke høres veldig spennende ut, blir utsiktene mye mer attraktive når man tenker på at dette er stedene hvor stjerner og planeter blir født og kalles stjernebarnehager.
Disse områdene i rommet kan ikke observeres i det synlige lysspekteret fordi støvinnholdet gjør dem ugjennomsiktige. Imidlertid tillater dette støvet spredning av elektromagnetisk stråling i det infrarøde bølgelengdeområdet. Dette betyr at JWST vil være i stand til å studere de tette områdene til disse gass- og støvskyene når de kollapser og danner stjerner.
I tillegg vil romteleskopet også kunne studere skivene av støv og gass som omgir unge stjerner og føder planeter. Ikke bare kan det vise hvordan planeter som de i solsystemet, inkludert Jorden, dannes, men det kan også vise hvordan de organiske molekylene som er livsviktige er fordelt innenfor disse protoplanetariske skivene.
Og det er en stjernebarnehage som vil bli arbeidet med av forskere som har tid til å observere JWST spesielt.
Les også:
- Observere den røde planeten: En historie om Mars-illusjoner
- Teleportering fra et vitenskapelig synspunkt og dets fremtid
Skapelsens søyler
The Pillars of Creation er en av de lyseste og vakreste kosmiske severdighetene som noen gang er avbildet av menneskeheten. Hubble-romteleskopet, som fanget de vakre bildene av skapelsens søyler (bildet nedenfor), var i stand til å kikke dypt inn i disse lysårhøye tårnene av gass og støv.
Ligger i Ørnetåken og 6500 lysår fra Jorden i stjernebildet Slangen, er de ugjennomsiktige søylene – skapelsens søyler – steder med intens stjernedannelse. For å samle detaljer om stjernefødselsprosessene inne i søylene, observerte Hubble dem i optisk og infrarødt lys.
Infrarødt lys er nødvendig for å observere prosessene som skjer innenfor skapelsens søyler fordi, som med andre krybber, kan ikke synlig lys trenge gjennom det tette støvet til denne emisjonståken.
Hubble er optimalisert for synlig lys, men den klarte likevel å ta fantastiske infrarøde bilder av søylene, som viser noen av de unge stjernene som bor inne i dem. Det var det som begeistret JWST-teamet – deres kraftige infrarøde romteleskop ville avsløre denne fascinerende delen av verdensrommet.
Jupiter, dens ringer og måner
Et av målene til romteleskopet i solsystemet vil være den største planeten, gassgiganten Jupiter. Ifølge NASA har et team på mer enn 40 forskere utviklet et observasjonsprogram som skal studere Jupiter, dets ringsystem og dets to måner: Ganymedes og Io. Dette vil være en av de første teleskopundersøkelsene i solsystemet, som krever at det kalibreres mot lysstyrken til gassgiganten samtidig som det kan observere det mye dimmere ringsystemet.
JWST-teamet som skal observere Jupiter må også ta hensyn til planetens 10-timers dag. Dette ville kreve å "sy" separate bilder sammen for å studere en bestemt region av den femte planeten som går raskt i bane bort fra solen, for eksempel den store røde flekken - den største stormen i solsystemet, dyp og bred nok til å oppsluke hele jorden .
Astronomer vil prøve å bedre forstå årsaken til svingninger i temperaturen i atmosfæren over den store røde flekken, egenskapene til Jupiters ekstraordinære dunkle ringer og tilstedeværelsen av et flytende hav av saltvann under overflaten av Jupiters måne Ganymedes.
Asteroider og jordnære objekter
En av de andre viktige rollene som JWST vil spille i solsystemet er studiet av asteroider og andre mindre kropper av systemet i det infrarøde området. Studien vil inkludere det NASA klassifiserer som Near-Earth Objects (NEOs), som er kometer og asteroider som har blitt dyttet av gravitasjonskraften fra nærliggende planeter inn i baner som lar dem komme inn i jordens nabolag.
JWST vil gjennomføre observasjoner av asteroider og NEO-er i det infrarøde området, noe som ikke er mulig fra jordens atmosfære ved bruk av bakkebaserte teleskoper eller mindre kraftige rombaserte teleskoper. Formålet med disse asteroidevurderingene vil være å studere absorpsjon og emisjon av lys fra overflaten til disse kroppene, noe som bør bidra til å bedre forstå deres sammensetning. JWST vil også tillate astronomer å bedre klassifisere formene til asteroider, deres støvinnhold og hvordan de avgir gass.
Studiet av asteroider er avgjørende for forskere som søker å forstå fødselen til solsystemet og dets planeter for 4,5 milliarder år siden. Dette er fordi de er sammensatt av "ukorrupte" materialer som eksisterte da planetene ble dannet som slapp unna tyngdekraften til mindre planetdannende kropper.
Sammen med å studere fødselen til planeter, stjerner og de tidlige øyeblikkene til galaksene selv, viser dette oppdraget nok en gang hvordan JWST vil løse noen av vitenskapens mest grunnleggende mysterier.
Hva blir det neste?
Fra 15. juni 2022 er alle NASA Webb-instrumenter slått på og de første bildene er tatt. I tillegg har fire bildemoduser, tre tidsseriemoduser og tre spektroskopiske moduser blitt testet og sertifisert, og bare tre gjenstår. Som allerede nevnt, 12. juli, planlegger NASA å gi ut et sett med teaser-observasjoner som illustrerer Webbs evner. De vil vise skjønnheten i bildene av rommet, samt gi astronomer en idé om kvaliteten på dataene de vil motta.
Etter 12. juli vil James Webb-romteleskopet begynne å jobbe fullt ut med sitt vitenskapelige oppdrag. Den detaljerte tidsplanen for neste år er ennå ikke offentliggjort, men astronomer over hele verden venter spent på de første dataene fra det kraftigste romteleskopet som noen gang er bygget.
Du kan hjelpe Ukraina med å kjempe mot de russiske inntrengerne. Den beste måten å gjøre dette på er å donere midler til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.
Abonner på våre sider i Twitter og Facebook.
Les også:
