Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) θα μας πει περισσότερα για τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών και ίσως ακόμη και να βρει τα δομικά στοιχεία της ζωής αλλού στο Σύμπαν. Εκτός από άλλα πλανητικά συστήματα, το Webb θα μελετήσει επίσης αντικείμενα μέσα στο δικό μας ηλιακό σύστημα.
Το πρώτο ηλιακό σύστημα που βρέθηκε το 1992 έξω από το δικό μας δεν περιελάμβανε έναν αστέρα-ήλιο της Κύριας Ακολουθίας, όπως ο δικός μας Ήλιος, αλλά έναν πάλσαρ, κάτι που δεν το περιμέναμε. Από τότε έχουμε βρει χιλιάδες εξωπλανήτες (και σε κάθε είδους αστρικό σύστημα που μπορεί να φανταστεί κανείς) και συνεχίζουμε να εστιάζουμε τις έρευνές μας σε μικρότερους και περισσότερους πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη.
Το Webb και οι εξωπλανήτες
Μία από τις κύριες χρήσεις του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, που εκτοξεύτηκε στις 25 Δεκεμβρίου 2021, θα είναι η μελέτη της ατμόσφαιρας των εξωπλανητών και η αναζήτηση των δομικών στοιχείων της ζωής σε άλλα μέρη του Σύμπαντος. Αλλά το Webb είναι ένα τηλεσκόπιο που θα κάνει παρατηρήσεις στην υπέρυθρη ππεριοχή του ηλεκτρομαγνητικόύ φάσματος. Πόσο καλό θα είναι το Webb για τη μελέτη των εξωπλανητών;
Μια μέθοδος που θα χρησιμοποιήσει το Webb για τη μελέτη των εξωπλανητών είναι η μέθοδος της διάβασης, που σημαίνει ότι θα ψάξει για μείωση του φωτός από έναν αστέρα καθώς ο πλανήτης του περνά μπροστά από τον δίσκο του μητρικού του αστέρα, έτσι όπως τους παρατηρούμε από τη Γη. Η συνεργασία με επίγεια τηλεσκόπια μπορεί να μας βοηθήσει να μετρήσουμε τη μάζα των πλανητών, μέσω της μεθόδου (τεχνικής) των ακτινικών ταχυτήτων (όπου γίνεται μέτρηση της αστρικής ταλάντωσης που παράγεται από τη βαρυτική έλξη ενός πλανήτη), και στη συνέχεια το Webb θα κάνει φασματοσκοπία της ατμόσφαιρας του πλανήτη.
Το Webb θα φέρει επίσης στεμματογράφους για να επιτρέψει την άμεση απεικόνιση εξωπλανητών κοντά σε λαμπρούς αστέρες. Η εικόνα ενός εξωπλανήτη θα ήταν απλώς ένα σημείο, όχι ένα είδωλο με αισθητή διάμετρο, αλλά μελετώντας αυτό το σημείο, μπορούμε να μάθουμε πολλά για αυτό. Αυτά περιλαμβάνουν το χρώμα του, τις εποχικές διαφορές του, τη βλάστηση και τον καιρό. Πώς γίνεται αυτή η μελέτη; Η απάντηση και πάλι είναι η φασματοσκοπία.
HD 209458 διαπιστώνεται από τη μελέτη του φάσματός του.
Credit: A. Field, STScI
Φασματοσκοπία διάβασης
Η φασματοσκοπία είναι απλώς η επιστήμη της μέτρησης της έντασης του φωτός σε διαφορετικά μήκη κύματος. Οι γραφικές αναπαραστάσεις αυτών των μετρήσεων ονομάζονται φάσματα και είναι το κλειδί για να ξεκλειδωθεί η σύνθεση των ατμοσφαιρών των εξωπλανητών. Όταν ένας πλανήτης περνά μπροστά από έναν αστέρα, το φως των αστέρων περνά μέσα από την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Εάν, για παράδειγμα, ο πλανήτης έχει νάτριο στην ατμόσφαιρά του, το φάσμα του αστέρα, που προστίθεται σε αυτό του πλανήτη, θα έχει αυτό που ονομάζουμε «γραμμή απορρόφησης» στη θέση του φάσματος όπου θα περίμενε κανείς να δει νάτριο (βλέπε παραπάνω εικόνα). Αυτό συμβαίνει επειδή διαφορετικά στοιχεία και μόρια απορροφούν το φως σε χαρακτηριστικές ενέργειες. Και έτσι ξέρουμε σε ποιο μέρος του φάσματος θα περιμέναμε να δούμε την υπογραφή του νατρίου (ή μεθανίου ή νερού) εάν υπάρχει.
Γιατί ένα υπέρυθρο τηλεσκόπιο είναι το κλειδί για τον χαρακτηρισμό της ατμόσφαιρας αυτών των εξωπλανητών; Το όφελος από τις υπέρυθρες παρατηρήσεις είναι ότι τα μόρια στις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών έχουν τον μεγαλύτερο αριθμό φασματικών χαρακτηριστικών στα υπέρυθρα μήκη κύματος. Ο απώτερος στόχος, φυσικά, είναι να βρεθεί ένας πλανήτης με παρόμοια ατμόσφαιρα με αυτή της Γης.
Έρευνες στο ηλιακό μας σύστημα
Εκτός από τη μελέτη πλανητών εκτός του ηλιακού μας συστήματος, οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν περισσότερα για τους πλανήτες του δικού μας ηλιακού συστήματος. Το Webb ουσιαστικά συμπληρώνει τις άλλες αποστολές της NASA στο ηλιακό μας σύστημα, συμπεριλαμβανομένων εκείνων των παρατηρητηρίων που είναι στο έδαφος, σε τροχιά γύρω από τη Γη και στο βαθύ διάστημα. Δεδομένα σε διαφορετικά μήκη κύματος και από διαφορετικές πηγές μπορούν να μας βοηθήσουν να δημιουργήσουμε μια ευρύτερη, πληρέστερη εικόνα των αντικειμένων στο ηλιακό μας σύστημα, ειδικά με τη βοήθεια των άνευ προηγουμένου βελτιώσεων του Webb στην ευαισθησία και την ανάλυση. Το Webb θα παρατηρήσει τον Άρη και τους γιγάντιους πλανήτες, νάνους πλανήτες όπως ο Πλούτωνας και η Έριδα – ακόμα και τα μικρά σώματα στο ηλιακό μας σύστημα: αστεροειδείς, κομήτες και αντικείμενα της ζώνης Kuiper.
Το Webb θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε τα ίχνη οργανικών ουσιών στην ατμόσφαιρα του Άρη και θα χρησιμοποιηθεί για να κάνουμε μελέτες που θα επαληθεύουν τα ευρήματα των ρόβερ που έχουν ή πρόκειται να προσεδαφιστούν στον Άρη. Στο εξωτερικό ηλιακό σύστημα, οι παρατηρήσεις του Webb θα χρησιμοποιηθούν με τις παρατηρήσεις της διαστημοσυσκευής Cassini στον Κρόνο για να μας δώσουν μια καλύτερη εικόνα του εποχιακού καιρού στους γιγάντιους αέριους πλανήτες μας. Όσο για τους αστεροειδείς και άλλα μικρά σώματα στο ηλιακό μας σύστημα, υπάρχουν ορισμένα χαρακτηριστικά στα φάσματα αυτών των αντικειμένων που τα γήινα παρατηρητήρια δεν μπορούν να δουν, αλλά τα οποία το Webb θα μπορεί να δει. Το Webb θα μας βοηθήσει να μάθουμε περισσότερα για την ορυκτολογία αυτών των βραχωδών αντικειμένων.
