НАСА планира да публикува първите изображения, направени от космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST) на 12 юли 2022 г. Те ще отбележат началото на следващата ера в астрономията, тъй като Webb – най-големият космически телескоп, създаван някога – ще започне да събира научни данни, които ще помогнат да се отговори на въпроси за най-ранните моменти от съществуването на Вселената и ще позволят на астрономите да изучават екзопланетите по-подробно от някога преди. Но бяха необходими близо осем месеца пътуване, настройка, тестване и калибриране, за да се гарантира, че този най-ценен телескоп е готов за най-доброто време.
Най-мощният пространство телескопът, след като бъде в орбита, ще надникне по-далеч в космоса - и по този начин по-назад във времето - от всяка предишна технология, позволявайки на астрономите да видят условията, които са съществували малко след Големия взрив.
Откъде започва всичко за телескопа на НАСА?
В нашата галактика Млечен път телескопът ще изследва светове извън Слънчевата система – извънслънчеви планети или екзопланети – като изучава техните атмосфери за издайнически признаци на живот, като органични молекули и вода.
След успешното изстрелване на телескопа James Webb на 25 декември 2021 г., екипът започна дългия процес на преместването му в крайната му орбитална позиция, разглобяването на телескопа и, след като нещата се охладиха, калибриране на камерите и сензорите на борда. Изстрелването мина гладко. Едно от първите неща, които учените от НАСА забелязаха, беше, че на борда на телескопа е останало повече гориво от очакваното за бъдещи корекции на орбитата му. Това ще позволи на Webb да работи много по-дълго от първоначалната 10-годишна цел на мисията.
Първата задача по време на лунното пътуване на Webb до крайното му местоположение в орбита беше да разположи телескопа. Всичко мина без проблем, като се започне с поставянето на сенника, който помага за охлаждането на телескопа. След това имаше подравняване на огледалата и включване на сензори. Камерите на Webby се охлаждаха, точно както бяха предвидили инженерите, и първият инструмент, който екипът включи, беше близката инфрачервена камера или NIRCam. NIRCam е проектиран да изследва слабата инфрачервена светлина, излъчвана от най-старите звезди или галактики във Вселената. Но какво следва?
Също интересно:
Ранната вселена в инфрачервения диапазон
Тъй като светлината отнема ограничено време, за да пътува през космоса, когато астрономите гледат обекти, те всъщност гледат в миналото. Светлината от Слънцето отнема около седем минути, за да достигне Земята, така че когато погледнем Слънцето, го виждаме такова, каквото е било преди седем минути.
Виждаме далечни обекти такива, каквито са били преди векове или хилядолетия, и наблюдаваме най-отдалечените обекти и галактики дори преди формирането на Земята и докато ги видим, те може да са фундаментално променени или дори унищожени.
JWST е толкова мощен, че ще може да наблюдава Вселената такава, каквато е съществувала преди около 13,6 милиарда години, 200 милиона години след периода на първоначална бърза инфлация, който наричаме Големия взрив. Това е най-древното минало, в което човечеството някога е гледало. Това, което прави JWST толкова мощен инструмент за изобразяване на ранната вселена е, че той провежда своите наблюдения в инфрачервената област на електромагнитния спектър.
Докато светлината пътува към нас от тези далечни източници, ускоряващото се разширяване на Вселената разтяга тази светлина. Това означава, че докато светлината от тези ранни звезди и галактики е подобна на тази от близките звезди и галактики, нейната дължина на вълната е "изместена" в инфрачервената област на електромагнитния спектър.
Най-отдалечените и най-старите галактики
Един от начините, по който обсерваторията ще идентифицира ранните галактики, е чрез наблюдение на шестте най-отдалечени и най-ярки квазара. Квазарите са разположени в центъра на активните галактически ядра (AGN) и се захранват от свръхмасивни черни дупки. Те често са по-ярки от радиацията на всички звезди в галактиката, в която се намират, взети заедно.
Квазарите, избрани от екипа на JWST, са сред най-ярките, което означава, че черните дупки, които ги захранват, са и най-мощните, консумирайки – или по-скоро натрупвайки – газ и прах с най-висока скорост. Те генерират огромни количества енергия, която нагрява околния газ и го изтласква навън, създавайки мощни струи, които избухват през галактиките в междузвездното пространство.
В допълнение към използването на квазари, които имат забележим ефект върху околните галактики, за да разберат тяхната еволюция, изследователите на JWST също ще използват квазари, за да изучават период от историята на Вселената, наречен Ерата на рейонизацията. Това беше моментът, в който Вселената стана най-прозрачна и позволи на светлината да пътува свободно. Това се случи, защото неутралния газ в междугалактическата среда се зареди или йонизира.
JWST ще проучи това, като използва ярки квазари като източници на фонова светлина, за да изследва газа между нас и квазара. Като наблюдават каква светлина се абсорбира от междузвездния газ, изследователите ще могат да определят дали междузвездният газ е неутрален или йонизиран.
100 галактики наведнъж
Един от инструментите, които JWST ще използва за наблюдение на Вселената, е Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Този инструмент няма да създаде визуално зашеметяващи изображения на галактиките, които наблюдава, като широкоъгълното изображение на хиляди галактики, направено от космическия телескоп Хъбъл (на снимката по-долу). Вместо това ще предостави важна спектрографска информация за тези галактики, позволявайки много от тях да бъдат видени наведнъж.
Спектрите на тези галактики съдържат много информация, по-специално за химичния състав. Изучавайки тези състави, изследователите ще видят колко бързо галактиките могат да преобразуват газовия си състав в звезди и по този начин да разберат по-добре еволюцията на Вселената.
За да направите това с необходимата точност, е необходимо да блокирате голямо количество светлина и това обикновено означава изучаване на един обект наведнъж. Някои от обектите, които JWST възнамерява да изследва, са толкова отдалечени, че светлината им е невероятно слаба, което означава, че трябва да бъдат наблюдавани в продължение на стотици часове, за да съберат достатъчно данни за изграждане на спектрална картина.
За щастие, NIRSpec е оборудван с четвърт милион индивидуални прозорци с микрозатвори с размер на човешки косъм, подредени във формата на вафла. Това означава, че чрез регулиране на модела на тези щори, JWST ще може да наблюдава голям брой обекти в един изглед за едновременно наблюдение и е програмируем за всяко поле от обекти в небето. Според оценките на НАСА това ще позволи на NIRSpec едновременно да събира спектри от 100 обсерватории, нещо, което никой друг спектроскоп не можеше да направи преди.
Прочетете също:
- 100 години квантова физика: от теориите от 1920-те години на миналия век до компютрите
- 5 бъдещи космически мисии, за които да помислите
Екзопланети с размерите на Юпитер
От средата на 1990-те години на миналия век и откриването на планета, обикаляща около звезда, подобна на Слънцето, нашият каталог от екзопланети се разшири, за да включва вече над 4 потвърдени светове. Повечето от тези светове, включително екзопланетата 51 Pegasi b, открита от швейцарския екип на Мишел Майор и Дидие Кало през 1995 г., са горещи Юпитери. Тези екзопланети обикалят около звездите си в непосредствена близост, като обикновено завършват революция за няколко часа, което ги прави лесни за откриване с помощта на техники за наблюдение на екзопланети.
Тези светове често са приливно свързани със своята звезда, което означава, че едната страна, страната на вечния ден, е много гореща. Ярък пример за такъв свят е WASP-121b, наскоро наблюдаван от спектроскопичната камера на борда на Хъбъл. Малко по-големи от Юпитер в нашата слънчева система, желязото и алуминият се изпаряват от дневната страна на тази планета и тези пари се пренасят към нощната страна от свръхзвукови ветрове. Докато тези елементи се охлаждат, те се утаяват като метален дъжд, с възможност част от алуминия да се комбинира с други елементи и да се утаи като течен рубин и сапфирен дъжд.
Близостта на тези гигантски планети до тяхната родителска звезда може да причини приливни сили да им придадат формата на топка за ръгби. Какво се случи с екзопланетата WASP-103b. Част от ролята на JWST от позицията му на милион километра от Земята ще бъде да изучава средата и атмосферата на тези агресивни планети.
Супер Земи
Друга категория екзопланети, които космическият телескоп ще използва за наблюдение, са така наречените суперземи. Това са светове, които могат да бъдат 10 пъти по-масивни от Земята, но по-леки от ледени гиганти като Нептун или Уран.
Суперземите не е задължително да са скалисти, като нашата планета, но могат да се състоят от газ или дори смес от газ и скала. НАСА казва, че в диапазона от 3 до 10 маси на Земята може да има голямо разнообразие от планетарни композиции, включително водни светове, планети със снежна топка или планети, които като Нептун са съставени предимно от плътен газ.
Първите две суперземи, които ще попаднат под радара на JWST на НАСА, ще бъдат покритата с лава 55 Cancri e, която изглежда като скалиста планета на 41 светлинни години от нас, и LHS 3844b, която е два пъти по-голяма от Земята и изглежда имат скалиста повърхност, подобна на луната, но лишена от значителна атмосфера.
И двата свята изглеждат доста неподходящи за живота, какъвто го познаваме, но други екзопланети на различни места в Млечния път, които ще бъдат изследвани от JWST, може да са по-обещаващи.
Също интересно:
- 10-те най-странни неща, които научихме за черните дупки през 2021 г
- Тераформиране на Марс: Може ли Червената планета да се превърне в нова Земя?
Система TRAPPIST-1
По време на първия оперативен цикъл телескопът ще изучава отблизо системата TRAPPIST-1, разположена на 41 светлинни години от Земята. Това, което прави тази планетарна система, открита през 2017 г., необичайна, е фактът, че нейните седем скалисти свята съществуват в зоната на активност на тяхната звезда, което я прави най-големият потенциално обитаем земен свят, откриван някога.
Астрономите определят обитаемата зона около звезда като регион, където температурата позволява съществуването на течна вода. Тъй като този регион не е нито твърде горещ, нито твърде студен, за да съществува вода в течно състояние, той често се нарича Зоната на Златокоска.
Да си в тази зона обаче не означава, че планетата е обитаема. И Венера, и Марс са вътре в зоната около Слънцето и нито една планета не може удобно да поддържа живот, както го разбираме, поради други условия. Планетарното общество предполага, че други фактори, като силата на слънчевия вятър, плътността на планетата, преобладаването на големите луни, ориентацията на орбитата на планетата и въртенето на планетата (или очевидната липса на такава) могат да бъдат ключови фактори за обитаемост.
Органични молекули и планетарно раждане
Едно от предимствата на инфрачервеното изследване на Вселената от JWST на НАСА е способността да се надникне в плътни и масивни облаци от междузвезден газ и прах. Въпреки че това може да не звучи много вълнуващо, перспективата става много по-привлекателна, когато вземете предвид, че това са местата, където се раждат звезди и планети и се наричат звездни разсадници.
Тези области на пространството не могат да бъдат наблюдавани във видимия светлинен спектър, тъй като съдържанието на прах ги прави непрозрачни. Този прах обаче позволява разпространението на електромагнитно излъчване в инфрачервения диапазон на дължината на вълната. Това означава, че JWST ще може да изучава плътните региони на тези газови и прахови облаци, докато се свиват и образуват звезди.
Освен това космическият телескоп ще може да изучава и дисковете от прах и газ, които заобикалят младите звезди и раждат планети. Не само може да покаже как се формират планети като тези в Слънчевата система, включително Земята, но също така може да покаже как органичните молекули, жизненоважни за живота, са разпределени в тези протопланетни дискове.
И има една звездна детска стая, върху която ще работят изследователи, които имат време да наблюдават по-специално JWST.
Прочетете също:
- Наблюдение на Червената планета: История на марсианските илюзии
- Телепортация от научна гледна точка и нейното бъдеще
Стълбовете на сътворението
Стълбовете на Сътворението са една от най-ярките и красиви космически гледки, изобразявани някога от човечеството. Космическият телескоп Хъбъл, който засне красивите изображения на Стълбовете на Сътворението (на снимката по-долу), успя да надникне дълбоко в тези високи светлинна година кули от газ и прах.
Разположени в мъглявината Орел и на 6500 светлинни години от Земята в съзвездието Змия, непрозрачните колони – Стълбовете на Сътворението – са места на интензивно звездообразуване. За да събере подробности за процесите на раждане на звезди вътре в колоните, Хъбъл ги наблюдава в оптична и инфрачервена светлина.
Инфрачервената светлина е необходима за наблюдение на процесите, протичащи в Стълбовете на Сътворението, тъй като, както при други ясли, видимата светлина не може да проникне през плътния прах на тази емисионна мъглявина.
Хъбъл е оптимизиран за видима светлина, но все пак успя да направи зашеметяващи инфрачервени изображения на стълбовете, показващи някои от младите звезди, които живеят в тях. Това развълнува екипа на JWST – техният мощен инфрачервен космически телескоп ще разкрие този завладяващ регион на космоса.
Юпитер, неговите пръстени и луни
Една от целите на космическия телескоп в Слънчевата система ще бъде най-голямата планета, газовият гигант Юпитер. Според НАСА екип от над 40 изследователи е разработил програма за наблюдение, която ще изучава Юпитер, неговата система от пръстени и двете му луни: Ганимед и Йо. Това ще бъде едно от първите изследвания с телескоп в Слънчевата система, изискващо той да бъде калибриран спрямо яркостта на газовия гигант, като същевременно ще бъде в състояние да наблюдава неговата много по-слаба система от пръстени.
Екипът на JWST, който ще наблюдава Юпитер, трябва да вземе предвид и 10-часовия ден на планетата. Това би изисквало „зашиване“ на отделни изображения заедно, за да се проучи един конкретен регион на петата планета, който обикаля бързо далеч от Слънцето, като Голямото червено петно – най-голямата буря в Слънчевата система, достатъчно дълбока и широка, за да погълне цялата Земя .
Астрономите ще се опитат да разберат по-добре причината за колебанията в температурата на атмосферата над Голямото червено петно, характеристиките на необикновените тъмни пръстени на Юпитер и наличието на течен океан от солена вода под повърхността на луната на Юпитер Ганимед.
Астероиди и близки до Земята обекти
Една от другите важни роли, които JWST ще играе в Слънчевата система, е изследването на астероиди и други по-малки тела на системата в инфрачервения диапазон. Проучването ще включва това, което НАСА класифицира като близки до Земята обекти (NEO), които са комети и астероиди, които са били тласнати от гравитационното привличане на близките планети в орбити, които им позволяват да навлязат в околностите на Земята.
JWST ще провежда наблюдения на астероиди и NEOs в инфрачервения диапазон, което не е възможно от земната атмосфера с помощта на наземни телескопи или по-малко мощни космически телескопи. Целта на тези оценки на астероидите ще бъде да се проучи поглъщането и излъчването на светлина от повърхността на тези тела, което трябва да помогне за по-доброто разбиране на техния състав. JWST също така ще позволи на астрономите да класифицират по-добре формите на астероидите, тяхното съдържание на прах и как излъчват газ.
Изследването на астероидите е жизненоважно за учените, които искат да разберат раждането на Слънчевата система и нейните планети преди 4,5 милиарда години. Това е така, защото те са съставени от "неразвалени" материали, които са съществували, когато планетите са се формирали, които са избягали от гравитацията на по-малки планетообразуващи тела.
Наред с изучаването на раждането на планети, звезди и ранните моменти на самите галактики, тази мисия отново демонстрира как JWST ще разреши някои от най-фундаменталните мистерии на науката.
Какво следва?
Към 15 юни 2022 г. всички инструменти на NASA Webb са включени и са направени първите изображения. В допълнение, четири режима на изображения, три режима на времеви серии и три спектроскопични режима са тествани и сертифицирани, като остават само три. Както вече споменахме, на 12 юли НАСА планира да пусне набор от тийзър наблюдения, илюстриращи възможностите на Webb. Те ще покажат красотата на изображенията на космоса, както и ще дадат представа на астрономите за качеството на данните, които ще получат.
След 12 юли космическият телескоп Джеймс Уеб ще започне пълноценна работа по научната си мисия. Подробният график за следващата година все още не е публикуван, но астрономите по света с нетърпение очакват първите данни от най-мощния космически телескоп, създаван някога.
Можете да помогнете на Украйна да се бори срещу руските нашественици. Най-добрият начин да направите това е да дарите средства на въоръжените сили на Украйна чрез Savelife или през официалната страница НБУ.
Абонирайте се за нашите страници в Twitter че Facebook.
Прочетете също:
