NASA ætlar að birta fyrstu myndirnar sem James Webb geimsjónaukinn (JWST) tók 12. júlí 2022. Þeir munu marka upphaf næsta tímabils í stjörnufræði þar sem Webb – stærsti geimsjónauki sem smíðaður hefur verið – mun byrja að safna vísindagögnum sem munu hjálpa til við að svara spurningum um fyrstu augnablik tilvistar alheimsins og gera stjörnufræðingum kleift að rannsaka fjarreikistjörnur í meiri smáatriðum en nokkru sinni áður. En það tók næstum átta mánuði af ferðalögum, uppsetningu, prófunum og kvörðun til að tryggja að þessi verðmætasti sjónauki væri tilbúinn fyrir besta tíma.
Sá öflugasti pláss sjónaukinn, þegar hann er kominn á sporbraut, mun skyggnast lengra út í geiminn – og þar með lengra aftur í tímann – en nokkur fyrri tækni, sem gerir stjörnufræðingum kleift að sjá aðstæður sem voru til staðar skömmu eftir Miklahvell.
Hvar byrjar þetta allt fyrir sjónauka NASA?
Í Vetrarbrautinni okkar mun sjónaukinn kanna heima utan sólkerfisins – plánetur utan sólar eða fjarreikistjörnur – með því að rannsaka andrúmsloft þeirra til að finna merki um líf, eins og lífrænar sameindir og vatn.
Eftir að James Webb sjónaukanum var skotið á loft 25. desember 2021 hóf teymið hið langa ferli við að færa hann í lokastöðu á brautinni, taka sjónaukann í sundur og, þegar hlutirnir höfðu kólnað, kvarða myndavélarnar og skynjarana um borð. Útsetningin gekk snurðulaust fyrir sig. Eitt af því fyrsta sem vísindamenn NASA tóku eftir var að sjónaukinn átti meira eldsneyti eftir um borð en búist var við fyrir framtíðaraðlögun á sporbraut hans. Þetta myndi gera Webb kleift að starfa mun lengur en upphaflega 10 ára markmið verkefnisins.
Fyrsta verkefnið á tunglferð Webbs að lokastað sínum á sporbraut var að setja sjónaukann upp. Það gekk áfallalaust, byrjaði með því að setja upp sólskyggni sem hjálpar til við að kæla sjónaukann. Svo var það röðun speglanna og innlimun skynjara. Myndavélarnar á Webby voru að kólna, rétt eins og verkfræðingar höfðu spáð fyrir um, og fyrsta tækið sem teymið kveikti á var Near Infrared Camera, eða NIRCam. NIRCam er hannað til að rannsaka dauft innrauða ljósið sem elstu stjörnur eða vetrarbrautir í alheiminum gefa frá sér. En hvað næst?
Einnig áhugavert:
Fyrsti alheimurinn á innrauða sviðinu
Vegna þess að ljós tekur takmarkaðan tíma að ferðast um geiminn, þegar stjörnufræðingar horfa á hluti, eru þeir í raun að horfa inn í fortíðina. Ljós frá sólu er um sjö mínútur að ná til jarðar þannig að þegar við horfum á sólina sjáum við hana eins og hún var fyrir sjö mínútum.
Við sjáum fjarlæg fyrirbæri eins og þau voru fyrir öldum eða árþúsundum og við fylgjumst með fjarlægustu fyrirbærum og vetrarbrautum jafnvel áður en jörðin varð til, og þegar við sjáum þau gætu þau verið í grundvallaratriðum breytt eða jafnvel eytt.
JWST er svo öflugt að það mun geta fylgst með alheiminum eins og hann var til fyrir um 13,6 milljörðum ára, 200 milljónum ára eftir upphafshraðri verðbólgu sem við köllum Miklahvell. Þetta er elsta fortíð sem mannkynið hefur nokkru sinni litið í. Það sem gerir JWST að svo öflugu tæki til að mynda frummynd alheimsins er að það gerir athuganir sínar á innrauðu svæði rafsegulrófsins.
Þegar ljós berst til okkar frá þessum fjarlægu uppsprettum, teygir hraðari útþensla alheimsins það ljós. Þetta þýðir að á meðan ljósið frá þessum fyrstu stjörnum og vetrarbrautum er svipað og frá nálægum stjörnum og vetrarbrautum, þá „breytist“ bylgjulengd þess inn í innrauða svæði rafsegulrófsins.
Fjarlægustu og elstu vetrarbrautirnar
Ein leið sem stjörnustöðin greinir snemma vetrarbrautir er með því að fylgjast með sex fjarlægustu og björtustu dulstirnunum. Dulstirni eru staðsettir í miðju virkra vetrarbrautakjarna (AGN) og eru fóðraðir af risasvartholum. Þær eru oft bjartari en geislun allra stjarnanna í vetrarbrautinni sem þær eru í, samanlagt.
Dulstirnin sem JWST teymið valdi eru meðal þeirra björtustu, sem þýðir að svartholin sem fæða þau eru líka öflugust, eyða – eða öllu heldur safna – gasi og ryki í hæsta hraða. Þeir mynda gífurlegt magn af orku sem hitar gasið í kring og ýtir því út og mynda öfluga stróka sem springa í gegnum vetrarbrautir inn í geiminn milli stjarna.
Auk þess að nota dulstirni, sem hafa áberandi áhrif á vetrarbrautirnar í kring, til að skilja þróun þeirra, munu JWST vísindamenn einnig nota dulstirni til að rannsaka tímabil í sögu alheimsins sem kallast tímabil endurjónunar. Það var augnablikið þegar alheimurinn varð hvað gagnsærastur og leyfði ljósi að ferðast frjálslega. Þetta gerðist vegna þess að hlutlaust gas í millivetrarbrautarmiðlinum varð hlaðið eða jónað.
JWST mun rannsaka þetta með því að nota björt dulstirni sem bakgrunnsljósgjafa til að rannsaka gasið á milli okkar og dulstirnsins. Með því að athuga hvaða ljós er frásogast af millistjörnugasinu munu vísindamenn geta ákvarðað hvort millistjörnugasið sé hlutlaust eða jónað.
100 vetrarbrautir í einu
Eitt af tækjunum sem JWST mun nota til að fylgjast með alheiminum er Infrared Spectrograph (NIRSpec). Þetta tæki mun ekki framleiða töfrandi myndir af vetrarbrautunum sem það fylgist með eins og gleiðhornsmynd þúsunda vetrarbrauta sem Hubble geimsjónaukinn tók (mynd hér að neðan). Þess í stað mun það veita mikilvægar litrófsupplýsingar um þessar vetrarbrautir, sem gerir kleift að sjá margar þeirra í einu.
Litróf þessara vetrarbrauta innihalda miklar upplýsingar, einkum um efnasamsetningu. Með því að rannsaka þessar samsetningar munu vísindamenn sjá hversu hratt vetrarbrautir geta breytt gassamsetningu sinni í stjörnur og skilja þannig þróun alheimsins betur.
Til að gera þetta með nauðsynlegri nákvæmni þarf að loka fyrir mikið magn af ljósi og það þýðir venjulega að rannsaka einn hlut í einu. Sumir af hlutunum sem JWST ætlar að rannsaka eru svo fjarlægir að ljós þeirra er ótrúlega dauft, sem þýðir að fylgjast þarf með þeim í hundruðir klukkustunda til að safna nægum gögnum til að búa til litrófsmynd.
Sem betur fer er NIRSpec búinn fjórðungi milljón einstakra glugga með örlokum á stærð við mannshár raðað í oblátamynstur. Þetta þýðir að með því að stilla mynstrið á þessum blindum mun JWST geta fylgst með miklum fjölda hluta á einni sýn til samtímis athugunar og það er forritanlegt fyrir hvaða svæði sem er á himninum. Samkvæmt áætlunum NASA mun þetta gera NIRSpec kleift að safna litrófum frá 100 stjörnustöðvum samtímis, eitthvað sem engin önnur litrófssjá gat gert áður.
Lestu líka:
Fjarreikistjörnur á stærð við Júpíter
Frá því um miðjan tíunda áratuginn og uppgötvun plánetu á braut um sólarlíka stjörnu, hefur vörulisti okkar yfir fjarreikistjörnur stækkað og inniheldur nú yfir 1990 staðfesta heima. Flestir þessara heima, þar á meðal fjarreikistjörnuna 4 Pegasi b, sem svissneska hópurinn Michel Maior og Didier Calo uppgötvaði árið 51, eru heitir Júpíterar. Þessar fjarreikistjörnur snúast á braut um stjörnur sínar í návígi og klárar venjulega byltingu á nokkrum klukkustundum, sem gerir það auðvelt að greina þær með fjarreikistjörnuathugunaraðferðum.
Þessir heimar eru oft bundnir við stjörnuna sína, sem þýðir að önnur hliðin, eilífa dagshliðin, er mjög heit. Sláandi dæmi um slíkan heim er WASP-121b, sem nýlega sást af litrófsmyndavélinni um borð í Hubble. Örlítið stærri en Júpíter í sólkerfinu okkar, járn og ál gufa upp á daghlið þessarar plánetu og sú gufa berst til næturhliðar með yfirhljóðsvindum. Þegar þessir þættir kólna, falla þeir út sem málmregn, með möguleika á að eitthvað af álið geti sameinast öðrum frumefnum og fallið út sem fljótandi rúbín og safírsturtur.
Nálægð þessara risareikistjörnur við móðurstjörnuna getur valdið því að sjávarfallakraftar gefa þeim í laginu ruðningsbolta. Hvað varð um fjarreikistjörnuna WASP-103b. Hluti af hlutverki JWST frá stöðu sinni milljón km frá jörðu verður að rannsaka umhverfi og andrúmsloft þessara árásargjarnu pláneta.
Super Earths
Annar flokkur fjarreikistjörnur sem geimsjónaukinn mun nota til að fylgjast með eru hinar svokölluðu ofurjörð. Þetta eru heimar sem geta verið 10 sinnum massameiri en jörðin en samt léttari en ísrisar eins og Neptúnus eða Úranus.
Ofurjörð þarf ekki endilega að vera grýtt, eins og plánetan okkar, heldur getur hún samanstaðið af gasi eða jafnvel blöndu af gasi og bergi. NASA segir að á bilinu 3 til 10 jarðmassar geti verið margvísleg plánetusamsetning, þar á meðal vatnsheimar, snjóboltaplánetur eða plánetur sem, eins og Neptúnus, eru að mestu samsettar úr þéttu gasi.
Fyrstu tvær ofurjarðirnar sem koma undir ratsjá NASA JWST verða hraunþekja 55 Cancri e, sem virðist vera bergreikistjarna í 41 ljósárs fjarlægð, og LHS 3844b, sem er tvöfalt stærri en jörðin og virðist hafa grýtt yfirborð líkt og tunglið, en án verulegs lofthjúps.
Báðir þessir heimar virðast frekar óhentugir fyrir líf eins og við þekkjum það, en aðrar fjarreikistjörnur á ýmsum stöðum í Vetrarbrautinni sem verða rannsakaðar af JWST gætu verið vænlegri.
Einnig áhugavert:
- 10 skrítnustu hlutir sem við lærðum um svarthol árið 2021
- Terraforming Mars: Gæti rauða plánetan breyst í nýja jörð?
TRAPPIST-1 kerfi
Í fyrstu notkunarlotunni mun sjónaukinn rannsaka TRAPPIST-1 kerfið náið, sem er staðsett í 41 ljósárs fjarlægð frá jörðinni. Það sem gerir þetta plánetukerfi, sem uppgötvaðist árið 2017, óvenjulegt er sú staðreynd að sjö klettaheimar þess eru á virknisvæði stjörnu þeirra, sem gerir það að stærsta hugsanlega byggilegu jarðheimi sem hefur fundist.
Stjörnufræðingar skilgreina byggilegt svæði í kringum stjörnu sem svæðið þar sem hitastigið leyfir fljótandi vatni að vera til. Vegna þess að þetta svæði er hvorki of heitt né of kalt til að fljótandi vatn sé til, er það oft kallað Gulllokkasvæðið.
Hins vegar að vera á þessu svæði þýðir ekki að plánetan sé byggileg. Bæði Venus og Mars eru innan svæðisins í kringum sólina og hvorug plánetan getur auðveldlega haldið uppi lífi eins og við skiljum það vegna mismunandi aðstæðna. Planetary Society bendir á að aðrir þættir, eins og styrkur sólvindsins, þéttleiki plánetunnar, yfirgnæfandi stór tungl, stefnu brautar plánetunnar og snúning plánetunnar (eða augljós skortur á honum) geti verið lykilatriði. fyrir búsetu.
Lífrænar sameindir og plánetufæðing
Einn af kostunum við innrauða könnun á alheiminum af JWST NASA er hæfileikinn til að skyggnast inn í þétt og massamikil ský af gasi og ryki milli stjarna. Þó að þetta hljómi kannski ekki mjög spennandi, þá verður framtíðarhorfur mun meira aðlaðandi þegar haft er í huga að þetta eru staðirnir þar sem stjörnur og plánetur fæðast og eru kallaðir stjörnuræktarstöðvar.
Ekki er hægt að sjá þessi svæði í rýminu í sýnilega ljósrófinu vegna þess að rykinnihaldið gerir þau ógagnsæ. Hins vegar leyfir þetta ryk dreifingu rafsegulgeislunar á innrauðu bylgjulengdarsviðinu. Þetta þýðir að JWST mun geta rannsakað þétt svæði þessara gas- og rykskýja þegar þau falla saman og mynda stjörnur.
Að auki mun geimsjónaukinn einnig geta rannsakað ryk- og gasskífur sem umlykja ungar stjörnur og fæða plánetur. Það gæti ekki aðeins sýnt hvernig plánetur eins og þær í sólkerfinu, þar á meðal jörðin, myndast, heldur gæti það einnig sýnt hvernig lífrænu sameindirnar sem eru lífsnauðsynlegar eru dreifðar innan þessara frumreikistjörnur.
Og það er einn stjörnuleikskóli sem verður unnið að af vísindamönnum sem hafa tíma til að fylgjast sérstaklega með JWST.
Lestu líka:
- Athugun á rauðu plánetunni: Saga blekkinga Mars
- Fjarflutningur frá vísindalegu sjónarhorni og framtíð þess
Sköpunarstoðir
Sköpunarstólparnir eru ein bjartasta og fallegasta alheimssýn sem mannkynið hefur sýnt. Hubble geimsjónaukinn, sem náði fallegum myndum af sköpunarsúlunum (á myndinni hér að neðan), gat skyggnst djúpt inn í þessa ljósára háu turna af gasi og ryki.
Ógegnsæju súlurnar – Sköpunarsúlurnar – eru staðsettar í Örnþokunni og í 6500 ljósára fjarlægð frá jörðinni í stjörnumerkinu höggormnum, þar sem mikil stjarna myndast. Til að safna upplýsingum um stjörnufæðingarferlana inni í súlunum fylgdist Hubble með þeim í sjón- og innrauðu ljósi.
Innrautt ljós er nauðsynlegt til að fylgjast með ferlunum sem eiga sér stað innan sköpunarsúlanna vegna þess að eins og með aðrar jötur getur sýnilegt ljós ekki komist í gegnum þétt ryk þessarar útblástursþoku.
Hubble er fínstillt fyrir sýnilegt ljós, en samt tókst honum að taka töfrandi innrauðar myndir af súlunum og sýna nokkrar af ungu stjörnunum sem búa í þeim. Það var það sem vakti athygli JWST teymið – öflugur innrauði geimsjónauki þeirra myndi sýna þetta heillandi svæði í geimnum.
Júpíter, hringir hans og gervitungl
Eitt af skotmörkum geimsjónaukans í sólkerfinu verður stærsta plánetan, gasrisinn Júpíter. Samkvæmt NASA hefur lið meira en 40 vísindamanna þróað athugunaráætlun sem mun rannsaka Júpíter, hringakerfi hans og tvö tungl hans: Ganýmedes og Íó. Þetta mun vera ein af fyrstu sjónaukamælingunum í sólkerfinu, sem krefst þess að hann sé kvarðaður í samræmi við birtustig gasrisans á sama tíma og hægt er að fylgjast með mun daufara hringkerfi hans.
JWST teymið sem mun fylgjast með Júpíter verður einnig að taka tillit til 10 klukkustunda sólarhrings plánetunnar. Þetta myndi krefjast þess að „sauma“ aðskildar myndir saman til að rannsaka eitt tiltekið svæði fimmtu plánetunnar sem snýst hratt í burtu frá sólinni, eins og Rauði bletturinn mikla - stærsti stormurinn í sólkerfinu, nógu djúpur og breiður til að gleypa alla jörðina. .
Stjörnufræðingar munu reyna að skilja betur ástæðuna fyrir sveiflum í hitastigi lofthjúpsins fyrir ofan Rauða blettinn mikla, einkenni hinna óvenjulegu daufu hringa Júpíters og tilvist fljótandi hafs af saltu vatni undir yfirborði Júpíters tunglsins Ganymedes.
Smástirni og fyrirbæri nálægt jörðu
Eitt af öðrum mikilvægum hlutverkum sem JWST mun gegna í sólkerfinu er rannsókn á smástirni og öðrum smærri líkum kerfisins á innrauðu sviðinu. Rannsóknin mun fela í sér það sem NASA flokkar sem Near-Earth Objects (NEOs), sem eru halastjörnur og smástirni sem hafa verið ýtt með þyngdarkrafti nálægra reikistjarna inn á brautir sem gera þeim kleift að komast inn í hverfi jarðar.
JWST mun gera athuganir á smástirni og NEO á innrauðu sviðinu, sem er ekki mögulegt frá lofthjúpi jarðar með því að nota sjónauka á jörðu niðri eða minna öfluga geimsjónauka. Tilgangur þessara smástirnamats verður að rannsaka frásog og losun ljóss frá yfirborði þessara líkama, sem ætti að hjálpa til við að skilja betur samsetningu þeirra. JWST mun einnig gera stjörnufræðingum kleift að flokka lögun smástirna betur, rykinnihald þeirra og hvernig þau gefa frá sér gas.
Rannsókn á smástirni er mikilvæg fyrir vísindamenn sem leitast við að skilja fæðingu sólkerfisins og pláneta þess fyrir 4,5 milljörðum ára. Þetta er vegna þess að þeir eru samsettir úr "óspilltum" efnum sem voru til þegar pláneturnar voru að myndast sem sluppu frá þyngdarafli smærri reikistjörnumyndandi líkama.
Samhliða rannsókn á fæðingu reikistjarna, stjarna og fyrstu augnablikum vetrarbrautanna sjálfra sýnir þetta verkefni enn og aftur hvernig JWST mun leysa nokkrar af grundvallargátum vísindanna.
Hvað er næst?
Frá og með 15. júní 2022 eru öll Webb hljóðfæri NASA virkjuð og fyrstu myndirnar hafa verið teknar. Að auki hafa fjórar myndatökustillingar, þrjár tímaraðarstillingar og þrjár litrófsstillingar verið prófaðar og vottaðar og eru aðeins þrjár eftir. Eins og áður hefur verið nefnt, þann 12. júlí, ætlar NASA að gefa út sett af kynningarathugunum sem sýna getu Webb. Þeir munu sýna fegurð myndanna af geimnum, auk þess að gefa stjörnufræðingum hugmynd um gæði gagna sem þeir munu fá.
Eftir 12. júlí mun James Webb geimsjónaukinn byrja að vinna að fullu að vísindaverkefni sínu. Nákvæm áætlun fyrir næsta ár hefur ekki enn verið gefin út en stjörnufræðingar um allan heim bíða spenntir eftir fyrstu gögnum frá öflugasta geimsjónauka sem smíðaður hefur verið.
Þú getur hjálpað Úkraínu að berjast gegn rússnesku innrásarhernum. Besta leiðin til að gera þetta er að gefa fé til hersins í Úkraínu í gegnum Bjarga lífi eða í gegnum opinberu síðuna NBU.
Gerast áskrifandi að síðum okkar í Twitter það Facebook.
Lestu líka: