Det James Webb-rumteleskop er som århundredets parti, som bliver ved med at blive udsat. På grund af dets rene kompleksitet og nogle afvigende aflæsninger, der blev opdaget under vibrationstestning, er lanceringsdatoen for dette teleskop blevet skubbet mange gange tilbage - det forventes i øjeblikket at blive lanceret engang i 2021. Men af åbenlyse grunde er NASA fortsat forpligtet til at se dette mission igennem.
Når JWST er installeret, vil det være det mest kraftfulde rumteleskop i drift, og dets avancerede pakke af instrumenter afslører ting om universet, som aldrig før har været set. Blandt disse er atmosfærerne fra ekstrasolplaneter, som oprindeligt vil bestå af gasgiganter. Dermed vil JWST forfine søgningen efter beboelige planeter og til sidst begynde at undersøge nogle potentielle kandidater.
JWST vil gøre dette i forbindelse med Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), der blev sendt til rummet tilbage i april 2018. Som navnet antyder, vil TESS søge efter planeter ved hjælp af Transit Method (alias Transit Photometry), hvor stjerner overvåges for periodiske dips i lysstyrke - som er forårsaget af en planet, der passerer foran dem i forhold til observatøren.
Nogle af Webbs første observationer vil blive gennemført gennem direktørens diskretionære videnskabsprogram for tidlig frigivelse - et transiterende exoplanet-planetteam ved Webbs videnskabsoperationscenter. Dette team planlægger at gennemføre tre forskellige typer observationer, der giver ny videnskabelig viden og en bedre forståelse af Webbs videnskabelige instrumenter.
Som Jacob Bean fra University of Chicago, en co-principale efterforsker for det transiterende exoplanet-projekt, forklarede i en pressemeddelelse fra NASA:
”Vi har to hovedmål. Den første er at få transiterede exoplanet-datasæt fra Webb til det astronomiske samfund så hurtigt som muligt. Det andet er at gøre noget videnskabeligt, så astronomer og offentligheden kan se, hvor magtfuldt dette observatorium er. ”
Som Natalie Batalha fra NASA Ames Research Center, projektets vigtigste efterforsker, tilføjede:
”Vores team har som mål at levere kritisk viden og indsigt til det astronomiske samfund, der vil hjælpe med at katalysere exoplanet-forskning og gøre bedst mulig brug af Webb i den begrænsede tid, vi har til rådighed.”
For deres første observation, JWST vil være ansvarlig for at karakterisere en planetens atmosfære ved at undersøge det lys, der passerer gennem den. Dette sker, hver gang en planet passerer foran en stjerne, og den måde, hvorpå lys absorberes ved forskellige bølgelængder, giver ledetråde til atmosfærens kemiske sammensætning. Desværre har eksisterende rumteleskoper ikke haft den nødvendige opløsning til at scanne noget mindre end en gasgigant.
Det JWST, med sine avancerede infrarøde instrumenter, vil de undersøge lyset, der passerer gennem eksoplanet-atmosfærer, opdele det i et regnbue-spektrum og derefter udlede atmosfærenes sammensætning baseret på hvilke lyssnit der mangler. Til disse observationer valgte projektgruppen WASP-79b, en exoplanet i Jupiter-størrelse, der kredser om en stjerne i Eridanus-stjernebilledet, cirka 780 lysår fra Jorden.
Holdet forventer at detektere og måle forekomsten af vand, kulilte og kuldioxid i WASP-79b, men håber også på at finde molekyler, der endnu ikke er blevet påvist i eksoplanet-atmosfærer. Til deres anden observation overvåger teamet en "hot Jupiter" kendt som WASP-43b, en planet, der kredser om sin stjerne med en periode på mindre end 20 timer.
Som alle exoplaneter, der kredser tæt på deres stjerner, er denne gasgigant tidligt låst - hvor den ene side altid vender mod stjernen. Når planeten er foran stjernen, er astronomer kun i stand til at se dens køligere bagside; men når det kredser, kommer den varme dagside langsomt i betragtning. Ved at observere denne planet for hele sin bane, vil astronomer være i stand til at observere disse variationer (kendt som en fasekurve) og bruge dataene til at kortlægge planetens temperatur, skyer og atmosfærisk kemi.
Disse data giver dem mulighed for at prøve atmosfæren til forskellige dybder og få et mere komplet billede af planetens interne struktur. Som Bean indikerede:
”Vi har allerede set dramatiske og uventede variationer for denne planet med Hubble og Spitzer. Med Webb afslører vi disse variationer i væsentligt større detaljer for at forstå de fysiske processer, der er ansvarlige. ”
Til deres tredje observation vil teamet forsøge at observere en transiterende planet direkte. Dette er meget udfordrende, da stjernens lys er meget lysere og derfor skjuler det svage lys, der reflekteres fra planetens atmosfære. En metode til at tackle dette er at måle lyset, der kommer fra en stjerne, når planeten er synlig, og igen, når den forsvinder bag stjernen.
Ved at sammenligne de to målinger kan astronomer beregne, hvor meget lys der kommer fra planeten alene. Denne teknik fungerer bedst for meget varme planeter, der lyser stærkt i infrarødt lys, hvorfor de valgte WASP-18b til denne observation - en varm Jupiter, der når temperaturer på ca. 2.900 K (2627 ° C; 4.800 ° F). I processen håber de at bestemme sammensætningen af planetens kvælende stratosfære.
I sidste ende hjælper disse observationer med at teste JWST's evner og kalibrere dens instrumenter. Det ultimative mål vil være at undersøge atmosfærerne i potentielt beboelige eksoplaneter, som i dette tilfælde vil omfatte klippefyldte (alias "jordlignende") planeter, der kredser rundt om lavmasse, svagere røde dværgstjerner. Ud over at være den mest almindelige stjerne i vores galakse antages røde dværge også at være det mest sandsynlige sted at finde jordlignende planeter.
Som Kevin Stevenson, en forsker med Space Telescope Science Institute og en co-principale efterforsker på projektet, forklarede:
”TESS skal lokalisere mere end et dusin planeter, der kredser rundt i de beboelige zoner af røde dværge, hvoraf nogle få faktisk kan være beboelige. Vi vil lære, om disse planeter har atmosfærer, og Webb vil være den, der fortæller os. Resultaterne vil gå langt i retning af at besvare spørgsmålet om, hvorvidt livs gunstige forhold er almindelige i vores galakse. ”
Det James Webb-rumteleskop vil være verdens førende observationscenter for rumvidenskab, når den først er installeret, og vil hjælpe astronomer med at løse mysterier i vores solsystem, studere exoplaneter og observere universets aller tidligste perioder med at bestemme, hvordan dens storskala struktur udviklede sig over tid. Af denne grund er det forståeligt, hvorfor NASA beder om, at det astronomiske samfund skal være tålmodig, indtil de er sikre på, at det vil implementere med succes.
Når udbetalingen ikke er mindre end banebrydende opdagelser, er det kun rimeligt, at vi er villige til at vente. I mellemtiden skal du huske at tjekke denne video om, hvordan forskere studerer eksoplanet-atmosfærer, med tilladelse fra Space Telescope Science Institute:
