NASA plāno publiskot pirmos Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa (JWST) attēlus 12. gada 2022. jūlijā. Tie iezīmēs nākamās astronomijas ēras sākumu, jo Vebs – lielākais jebkad uzbūvētais kosmosa teleskops – sāks vākt zinātniskus datus, kas palīdzēs atbildēt uz jautājumiem par Visuma agrākajiem pastāvēšanas mirkļiem un ļaus astronomiem pētīt eksoplanētas daudz detalizētāk nekā. jebkad agrāk. Taču bija nepieciešami gandrīz astoņi mēneši ceļojuma, iestatīšanas, testēšanas un kalibrēšanas, lai nodrošinātu, ka šis visvērtīgākais teleskops ir gatavs darbam.
Visspēcīgākais telpa teleskops, nonācis orbītā, skatīsies tālāk kosmosā — un līdz ar to tālāk atpakaļ laikā — nekā jebkura iepriekšējā tehnoloģija, ļaujot astronomiem redzēt apstākļus, kas pastāvēja neilgi pēc Lielā sprādziena.
Kur tas viss sākas NASA teleskopam?
Mūsu Piena Ceļa galaktikā teleskops izpētīs pasaules ārpus Saules sistēmas – ārpussolārās planētas vai eksoplanetas –, pētot to atmosfēru, lai atrastu dzīvības pazīmes, piemēram, organiskās molekulas un ūdeni.
Pēc Džeimsa Veba teleskopa veiksmīgas palaišanas 25. gada 2021. decembrī komanda sāka ilgu procesu, lai to pārvietotu galīgajā orbitālajā pozīcijā, izjauktu teleskopu un, kad viss bija atdzisis, kalibrētu kameras un sensorus. Palaišana noritēja raiti. Viena no pirmajām lietām, ko NASA zinātnieki pamanīja, bija tas, ka teleskopā uz klāja bija palicis vairāk degvielas, nekā paredzēts, lai turpmāk pielāgotu tā orbītu. Tas ļautu Vebam darboties daudz ilgāk nekā misijas sākotnējais 10 gadu mērķis.
Pirmais uzdevums Veba Mēness ceļojumā uz galīgo atrašanās vietu orbītā bija teleskopa izvietošana. Tas noritēja bez aizķeršanās, sākot ar saulessarga izvietošanu, kas palīdz atdzesēt teleskopu. Pēc tam bija spoguļu izlīdzināšana un sensoru iekļaušana. Webby kameras atdzisa, tāpat kā inženieri bija paredzējuši, un pirmais instruments, ko komanda ieslēdza, bija tuvās infrasarkanās kameras jeb NIRCam. NIRCam ir paredzēts, lai pētītu vājo infrasarkano gaismu, ko izstaro visvecākās zvaigznes vai galaktikas Visumā. Bet ko tālāk?
Interesanti arī:
Agrīnais Visums infrasarkanajā diapazonā
Tā kā gaismai ir nepieciešams ierobežots laiks, lai ceļotu pa telpu, astronomi, aplūkojot objektus, patiesībā raugās pagātnē. Saules gaisma aizņem apmēram septiņas minūtes, lai sasniegtu Zemi, tāpēc, skatoties uz Sauli, mēs to redzam tādu, kāda tā bija pirms septiņām minūtēm.
Mēs redzam tālus objektus tādus, kādi tie bija pirms gadsimtiem vai tūkstošiem gadu, un mēs novērojam visattālākos objektus un galaktikas pat pirms Zemes veidošanās, un līdz brīdim, kad mēs tos ieraudzīsim, tie var būt būtiski mainīti vai pat iznīcināti.
JWST ir tik spēcīgs, ka tas spēs novērot Visumu tādu, kāds tas pastāvēja pirms aptuveni 13,6 miljardiem gadu, 200 miljonus gadu pēc sākotnējās straujās inflācijas perioda, ko mēs saucam par Lielo sprādzienu. Šī ir senākā pagātne, kurā cilvēce jebkad ir ieskatījusies. JWST par tik spēcīgu agrīnā Visuma attēlveidošanas rīku padara tas, ka tas veic novērojumus elektromagnētiskā spektra infrasarkanajā reģionā.
Gaismai ceļojot pie mums no šiem tālajiem avotiem, Visuma paātrinātā izplešanās izstiepj šo gaismu. Tas nozīmē, ka, lai gan gaisma no šīm agrīnajām zvaigznēm un galaktikām ir līdzīga gaismai no tuvējām zvaigznēm un galaktikām, tās viļņa garums tiek "nobīdīts" elektromagnētiskā spektra infrasarkanajā reģionā.
Vistālākās un vecākās galaktikas
Viens no veidiem, kā observatorija identificēs agrīnās galaktikas, ir sešu attālāko un spožāko kvazāru novērošana. Kvazāri atrodas aktīvo galaktikas kodolu (AGN) centrā, un tos baro supermasīvi melnie caurumi. Tie bieži ir spožāki nekā visu galaktikā, kurā tās atrodas, zvaigžņu starojums kopā.
JWST komandas izvēlētie kvazāri ir vieni no spilgtākajiem, kas nozīmē, ka melnie caurumi, kas tos baro, ir arī visspēcīgākie, kas patērē vai drīzāk uzkrās gāzi un putekļus ar vislielāko ātrumu. Tie rada milzīgu enerģijas daudzumu, kas silda apkārtējo gāzi un izspiež to uz āru, radot spēcīgas strūklas, kas caur galaktikām ieplūst starpzvaigžņu telpā.
Papildus kvazāru izmantošanai, kam ir ievērojama ietekme uz apkārtējām galaktikām, lai izprastu to evolūciju, JWST pētnieki izmantos arī kvazārus, lai pētītu Visuma vēstures periodu, ko sauc par reionizācijas laikmetu. Tas bija brīdis, kad Visums kļuva viscaurspīdīgākais un ļāva gaismai brīvi ceļot. Tas notika tāpēc, ka neitrālā gāze starpgalaktiskajā vidē kļuva uzlādēta vai jonizēta.
JWST to izpētīs, izmantojot spilgtus kvazārus kā fona gaismas avotus, lai pētītu gāzi starp mums un kvazāru. Novērojot, kādu gaismu absorbē starpzvaigžņu gāze, pētnieki varēs noteikt, vai starpzvaigžņu gāze ir neitrāla vai jonizēta.
100 galaktikas vienlaikus
Viens no instrumentiem, ko JWST izmantos Visuma novērošanai, ir Tuvo infrasarkano staru spektrogrāfs (NIRSpec). Šis instruments neradīs vizuāli satriecošus galaktiku attēlus, ko tas novēro, piemēram, tūkstošiem galaktiku platleņķa attēlu, kas uzņemts ar Habla kosmosa teleskopu (attēlā zemāk). Tā vietā tas sniegs svarīgu spektrogrāfisku informāciju par šīm galaktikām, ļaujot daudzas no tām redzēt uzreiz.
Šo galaktiku spektri satur daudz informācijas, jo īpaši par ķīmisko sastāvu. Pētot šīs kompozīcijas, pētnieki redzēs, cik ātri galaktikas var pārvērst savu gāzes sastāvu zvaigznēs un tādējādi labāk izprast Visuma evolūciju.
Lai to izdarītu ar nepieciešamo precizitāti, nepieciešams bloķēt lielu gaismas daudzumu, un tas parasti nozīmē, ka vienlaikus jāpēta viens objekts. Daži objekti, kurus JWST plāno pētīt, atrodas tik tālu, ka to gaisma ir neticami vāja, kas nozīmē, ka tie ir jānovēro simtiem stundu, lai savāktu pietiekami daudz datu spektrāla attēla izveidošanai.
Par laimi, NIRSpec ir aprīkots ar ceturtdaļmiljonu atsevišķu logu ar mikroslēģiem cilvēka mata lielumā, kas sakārtoti vafeļu rakstā. Tas nozīmē, ka, pielāgojot šo žalūziju modeli, JWST varēs novērot lielu skaitu objektu vienā skatā vienlaicīgai novērošanai, turklāt tas ir programmējams jebkuram objektu laukam debesīs. Saskaņā ar NASA aplēsēm, tas ļaus NIRSpec vienlaikus savākt spektrus no 100 observatorijām, ko neviens cits spektroskops iepriekš nevarēja izdarīt.
Lasi arī:
- 100 gadi kvantu fizikai: no 1920. gadu teorijām līdz datoriem
- 5 nākotnes kosmosa misijas, par kurām padomāt
Jupitera izmēra eksoplanetas
Kopš deviņdesmito gadu vidus un planētas atklāšanas, kas riņķo ap Saulei līdzīgu zvaigzni, mūsu eksoplanetu katalogs ir paplašinājies, tagad iekļaujot vairāk nekā 1990 apstiprinātu pasauļu. Lielākā daļa no šīm pasaulēm, tostarp eksoplanēta 4 Pegasi b, ko 51. gadā atklāja Šveices komanda Mišels Maiors un Didjē Kalo, ir karstie Jupiteri. Šīs eksoplanētas riņķo ap savām zvaigznēm tiešā tuvumā, parasti apgriezienu pabeidzot dažu stundu laikā, padarot tās viegli nosakāmas, izmantojot eksoplanetu novērošanas metodes.
Šīs pasaules bieži vien ir saistītas ar savu zvaigzni, kas nozīmē, ka viena puse, mūžīgās dienas puse, ir ļoti karsta. Spilgts šādas pasaules piemērs ir WASP-121b, ko nesen novēroja spektroskopiskā kamera uz Habla. Dzelzs un alumīnijs, kas ir nedaudz lielāks par Jupiteru mūsu Saules sistēmā, iztvaiko šīs planētas dienas pusē, un virsskaņas vēji šos tvaikus pārnes uz nakti. Šiem elementiem atdziestot, tie izgulsnējas kā metālisks lietus, un pastāv iespēja, ka daļa alumīnija var apvienoties ar citiem elementiem un izgulsnēties kā šķidras rubīna un safīra dušas.
Šo milzu planētu tuvums to pirmzvaigznei var izraisīt plūdmaiņu spēkus, kas tām var piešķirt regbija bumbas formu. Kas notika ar eksoplanetu WASP-103b. Daļa no JWST lomas, kas atrodas miljona kilometru attālumā no Zemes, būs pētīt šo agresīvo planētu vidi un atmosfēru.
Superzemes
Vēl viena eksoplanetu kategorija, ko kosmiskais teleskops izmantos, lai novērotu, ir tā sauktās superzemes. Tās ir pasaules, kas var būt 10 reizes masīvākas par Zemi, tomēr vieglākas par ledus milžiem, piemēram, Neptūnu vai Urānu.
Superzemēm nav obligāti jābūt akmeņainām, piemēram, mūsu planētai, bet tās var sastāvēt no gāzes vai pat gāzes un iežu maisījuma. NASA saka, ka diapazonā no 3 līdz 10 Zemes masām var būt ļoti dažādas planētu kompozīcijas, tostarp ūdens pasaules, sniega bumbas vai planētas, kuras, tāpat kā Neptūns, galvenokārt sastāv no blīvas gāzes.
Pirmās divas superzemes, kas tiks pakļautas NASA JWST radaram, būs lavas klāta 55 Cancri e, kas, šķiet, ir akmeņaina planēta 41 gaismas gada attālumā, un LHS 3844b, kas ir divreiz lielāka par Zemi un šķiet ir akmeņaina virsma, līdzīga Mēnesim, taču tai nav nozīmīgas atmosfēras.
Abas šīs pasaules šķiet diezgan nepiemērotas dzīvei, kā mēs to zinām, taču citas eksoplanetas dažādās Piena ceļa vietās, kuras pētīs JWST, var būt daudzsološākas.
Interesanti arī:
- 10 dīvainākās lietas, ko uzzinājām par melnajiem caurumiem 2021. gadā
- Marsa terraformēšana: vai Sarkanā planēta varētu pārvērsties par jaunu Zemi?
TRAPPIST-1 sistēma
Pirmajā darbības ciklā teleskops rūpīgi pētīs TRAPPIST-1 sistēmu, kas atrodas 41 gaismas gada attālumā no Zemes. Šo 2017. gadā atklāto planētu sistēmu neparastu padara fakts, ka tās septiņas akmeņainās pasaules atrodas to zvaigznes darbības zonā, padarot to par lielāko potenciāli apdzīvojamo zemes pasauli, kāda jebkad atklāta.
Astronomi apdzīvojamo zonu ap zvaigzni definē kā reģionu, kurā temperatūra ļauj eksistēt šķidram ūdenim. Tā kā šis reģions nav ne pārāk karsts, ne pārāk auksts, lai pastāvētu šķidrs ūdens, to bieži sauc par Goldilocks zonu.
Tomēr atrašanās šajā zonā nenozīmē, ka planēta ir apdzīvojama. Gan Venera, gan Marss atrodas zonā ap Sauli, un neviena no planētām citu apstākļu dēļ nevar ērti uzturēt dzīvību, kā mēs to saprotam. Planētu biedrība ierosina, ka galvenie faktori var būt citi faktori, piemēram, saules vēja stiprums, planētas blīvums, lielu pavadoņu pārsvars, planētas orbītas orientācija un planētas rotācija (vai tās acīmredzamais trūkums). apdzīvojamībai.
Organiskās molekulas un planētu dzimšana
Viena no NASA JWST infrasarkanā Visuma pētījuma priekšrocībām ir spēja ielūkoties blīvos un masīvos starpzvaigžņu gāzes un putekļu mākoņos. Lai gan tas var neizklausīties īpaši aizraujoši, izredzes kļūst daudz pievilcīgākas, ja ņem vērā, ka šīs ir vietas, kur dzimst zvaigznes un planētas, un tās sauc par zvaigžņu audzētavām.
Šos telpas apgabalus nevar novērot redzamās gaismas spektrā, jo putekļu saturs padara tos necaurspīdīgus. Tomēr šie putekļi ļauj izplatīties elektromagnētiskajam starojumam infrasarkanā viļņa garuma diapazonā. Tas nozīmē, ka JWST varēs izpētīt šo gāzes un putekļu mākoņu blīvos apgabalus, kad tie sabrūk un veido zvaigznes.
Turklāt kosmiskais teleskops varēs pētīt arī putekļu un gāzu diskus, kas ieskauj jaunas zvaigznes un rada planētas. Tas varētu ne tikai parādīt, kā veidojas tādas planētas kā Saules sistēmas planētas, tostarp Zeme, bet arī parādīt, kā dzīvībai svarīgas organiskās molekulas tiek izplatītas šajos protoplanetārajos diskos.
Un ir viena zvaigžņu audzētava, kurā strādās pētnieki, kuriem būs laiks īpaši novērot JWST.
Lasi arī:
- Sarkanās planētas novērošana: Marsa ilūziju vēsture
- Teleportācija no zinātniskā viedokļa un tās nākotne
Radīšanas pīlāri
Radīšanas pīlāri ir viens no spilgtākajiem un skaistākajiem kosmiskajiem skatiem, ko cilvēce jebkad ir attēlojusi. Habla kosmiskais teleskops, kas iemūžināja skaistos radīšanas pīlāru attēlus (attēlā zemāk), spēja dziļi ieskatīties šajos gaismas gadu garajos gāzes un putekļu torņos.
Atrodas Ērgļa miglājā un 6500 gaismas gadu attālumā no Zemes Čūskas zvaigznājā, necaurredzamās kolonnas – Radīšanas pīlāri – ir intensīvas zvaigžņu veidošanās vietas. Lai apkopotu sīkāku informāciju par zvaigžņu dzimšanas procesiem pīlāros, Habls tos novēroja optiskajā un infrasarkanajā gaismā.
Infrasarkanā gaisma ir nepieciešama, lai novērotu procesus, kas notiek radīšanas pīlāros, jo, tāpat kā citās silēs, redzamā gaisma nevar iekļūt šī emisijas miglāja blīvajos putekļos.
Habls ir optimizēts redzamajai gaismai, taču tam joprojām izdevās uzņemt satriecošus stabu infrasarkanos attēlus, parādot dažas no jaunajām zvaigznēm, kas dzīvo tajos. Tieši tas sajūsmināja JWST komandu – viņu jaudīgais infrasarkanais kosmosa teleskops atklātu šo aizraujošo kosmosa reģionu.
Jupiters, tā gredzeni un pavadoņi
Viens no kosmosa teleskopa mērķiem Saules sistēmā būs lielākā planēta – gāzes gigants Jupiters. Saskaņā ar NASA teikto, vairāk nekā 40 pētnieku komanda ir izstrādājusi novērošanas programmu, kas pētīs Jupiteru, tā gredzenu sistēmu un divus pavadoņus: Ganimēdu un Io. Šis būs viens no pirmajiem teleskopu pētījumiem Saules sistēmā, kurā tas ir jākalibrē attiecībā pret gāzes giganta spilgtumu, vienlaikus spējot novērot arī tā daudz blāvāko gredzenu sistēmu.
JWST komandai, kas novēros Jupiteru, jāņem vērā arī planētas 10 stundu darba diena. Lai izpētītu vienu konkrētu piektās planētas reģionu, kas ātri riņķo prom no Saules, piemēram, Lielais Sarkanais plankums - lielākā vētra Saules sistēmā, kas ir pietiekami dziļa un plata, lai aprītu visu Zemi, tas prasītu atsevišķu attēlu "savienošanu" kopā. .
Astronomi centīsies labāk izprast atmosfēras temperatūras svārstību iemeslus virs Lielā sarkanā plankuma, Jupitera neparasto blāvo gredzenu īpašības un šķidra sāļa ūdens okeāna klātbūtni zem Jupitera pavadoņa Ganimīda virsmas.
Asteroīdi un Zemei tuvi objekti
Viena no citām svarīgām lomām, ko JWST spēlēs Saules sistēmā, ir asteroīdu un citu mazāku sistēmas ķermeņu izpēte infrasarkanajā diapazonā. Pētījumā tiks iekļauti tie, ko NASA klasificē kā Zemes tuvumā esošus objektus (NEO), kas ir komētas un asteroīdi, kurus tuvējo planētu gravitācijas pievilkšanās ir nobīdījusi orbītās, kas ļauj tām iekļūt Zemes apkārtnē.
JWST veiks asteroīdu un NEO novērojumus infrasarkanajā diapazonā, kas nav iespējams no Zemes atmosfēras, izmantojot uz zemes izvietotus teleskopus vai mazāk jaudīgus kosmosa teleskopus. Šo asteroīdu novērtējumu mērķis būs izpētīt gaismas absorbciju un emisiju no šo ķermeņu virsmas, kam vajadzētu palīdzēt labāk izprast to sastāvu. JWST arī ļaus astronomiem labāk klasificēt asteroīdu formas, to putekļu saturu un to, kā tie izdala gāzi.
Asteroīdu izpēte ir ļoti svarīga zinātniekiem, kuri vēlas izprast Saules sistēmas un tās planētu rašanos pirms 4,5 miljardiem gadu. Tas ir tāpēc, ka tie sastāv no "nesabojātiem" materiāliem, kas pastāvēja planētu veidošanās laikā, kas izbēga no mazāku planētu veidojošo ķermeņu gravitācijas.
Līdztekus planētu, zvaigžņu rašanās un pašu galaktiku agrīno mirkļu izpētei šī misija vēlreiz parāda, kā JWST atrisinās dažus zinātnes fundamentālākos noslēpumus.
Ko tālāk?
15. gada 2022. jūnijā visi NASA Webb instrumenti ir ieslēgti, un ir uzņemti pirmie attēli. Turklāt ir pārbaudīti un sertificēti četri attēlveidošanas režīmi, trīs laikrindu režīmi un trīs spektroskopiskie režīmi, atstājot tikai trīs. Kā jau minēts, 12. jūlijā NASA plāno izlaist tīzeru novērojumu komplektu, kas ilustrē Veba iespējas. Tie parādīs kosmosa attēlu skaistumu, kā arī sniegs astronomiem priekšstatu par saņemto datu kvalitāti.
Pēc 12. jūlija Džeimsa Veba kosmiskais teleskops sāks pilnībā strādāt pie savas zinātniskās misijas. Detalizēts nākamā gada grafiks vēl nav publicēts, taču astronomi visā pasaulē ar nepacietību gaida pirmos datus no jaudīgākā kosmosa teleskopa, kāds jebkad ir uzbūvēts.
Jūs varat palīdzēt Ukrainai cīnīties pret krievu iebrucējiem. Labākais veids, kā to izdarīt, ir ziedot līdzekļus Ukrainas bruņotajiem spēkiem Savelife vai izmantojot oficiālo lapu NBU.
Abonējiet mūsu lapas Twitter ka Facebook.
Lasi arī: