NASA plánuje zveřejnit první snímky pořízené vesmírným teleskopem Jamese Webba (JWST) 12. července 2022. Budou znamenat začátek další éry v astronomii, protože Webb – největší vesmírný dalekohled, jaký byl kdy postaven – začne shromažďovat vědecká data, která pomohou odpovědět na otázky o nejranějších okamžicích existence vesmíru a umožní astronomům studovat exoplanety podrobněji než nikdy předtím. Trvalo však téměř osm měsíců cestování, nastavení, testování a kalibrace, aby bylo zajištěno, že tento nejcennější dalekohled bude připraven na hlavní vysílací čas.
Nejsilnější prostor teleskop, jakmile bude na oběžné dráze, bude nahlížet dále do vesmíru – a tedy dále do minulosti – než jakákoli předchozí technologie, což astronomům umožní vidět podmínky, které existovaly krátce po velkém třesku.
Kde to všechno pro teleskop NASA začíná?
V naší galaxii Mléčná dráha bude teleskop prozkoumávat světy mimo sluneční soustavu – extrasolární planety nebo exoplanety – tím, že bude studovat jejich atmosféry a hledat v nich výmluvné známky života, jako jsou organické molekuly a voda.
Po úspěšném startu teleskopu Jamese Webba 25. prosince 2021 tým zahájil dlouhý proces jeho přesunu do jeho konečné orbitální polohy, rozebrání dalekohledu a poté, co vše vychladlo, kalibraci kamer a senzorů na palubě. Spuštění proběhlo hladce. Jednou z prvních věcí, které si vědci z NASA všimli, bylo, že dalekohledu zůstalo na palubě více paliva, než se očekávalo pro budoucí úpravy jeho oběžné dráhy. To by Webbovi umožnilo fungovat mnohem déle, než byl původní 10letý cíl mise.
Prvním úkolem na Webbově lunární cestě k jeho konečnému umístění na oběžné dráze bylo rozmístění dalekohledu. Šlo to bez problémů, počínaje nasazením sluneční clony, která pomáhá chladit dalekohled. Pak došlo k seřízení zrcátek a zařazení senzorů. Kamery na Webby se ochlazovaly, přesně jak inženýři předpovídali, a první nástroj, který tým zapnul, byla Near Infrared Camera neboli NIRCam. NIRCam je navržen tak, aby studoval slabé infračervené světlo vyzařované nejstaršími hvězdami nebo galaxiemi ve vesmíru. Ale co dál?
Zajímavé také:
Raný vesmír v infračervené oblasti
Protože světlu trvá cestu vesmírem omezenou dobu, astronomové se při pohledu na objekty ve skutečnosti dívají do minulosti. Světlu ze Slunce trvá asi sedm minut, než dorazí na Zemi, takže když se podíváme na Slunce, vidíme ho jako před sedmi minutami.
Vzdálené objekty vidíme tak, jak byly před staletími či tisíciletími, a nejvzdálenější objekty a galaxie pozorujeme ještě před vznikem Země, a v době, kdy je uvidíme, mohou být zásadně změněny nebo dokonce zničeny.
JWST je tak silný, že bude schopen pozorovat vesmír tak, jak existoval asi před 13,6 miliardami let, 200 milionů let po období počáteční rychlé inflace, kterou nazýváme Velký třesk. Toto je nejstarší minulost, do které kdy lidstvo nahlédlo. To, co dělá JWST tak mocným nástrojem pro zobrazování raného vesmíru, je to, že provádí svá pozorování v infračervené oblasti elektromagnetického spektra.
Jak k nám světlo putuje z těchto vzdálených zdrojů, zrychlující se expanze vesmíru toto světlo natahuje. To znamená, že zatímco světlo z těchto raných hvězd a galaxií je podobné světlu z blízkých hvězd a galaxií, jeho vlnová délka je „posunutá“ do infračervené oblasti elektromagnetického spektra.
Nejvzdálenější a nejstarší galaxie
Jedním ze způsobů, jak observatoř identifikuje rané galaxie, je pozorování šesti nejvzdálenějších a nejjasnějších kvasarů. Kvazary se nacházejí v centru aktivních galaktických jader (AGN) a jsou napájeny supermasivními černými dírami. Často jsou jasnější než záření všech hvězd v galaxii, ve které se nacházejí, dohromady.
Kvasary vybrané týmem JWST patří k nejjasnějším, což znamená, že černé díry, které je živí, jsou také nejvýkonnější a spotřebovávají – nebo spíše přibývají – plyn a prach nejvyšší rychlostí. Vytvářejí obrovské množství energie, která ohřívá okolní plyn a vytlačuje ho ven, čímž vytváří silné výtrysky, které prorážejí galaxiemi do mezihvězdného prostoru.
Kromě použití kvasarů, které mají znatelný vliv na okolní galaxie, k pochopení jejich vývoje, budou výzkumníci z JWST používat kvasary také ke studiu období v historii vesmíru, které se nazývá éra reionizace. Byl to okamžik, kdy se vesmír stal nejprůhlednějším a umožnil světlu volně cestovat. Stalo se to proto, že neutrální plyn v mezigalaktickém prostředí se nabil nebo ionizoval.
JWST to bude zkoumat pomocí jasných kvasarů jako zdrojů světla na pozadí ke studiu plynu mezi námi a kvasarem. Pozorováním toho, jaké světlo je absorbováno mezihvězdným plynem, budou vědci schopni určit, zda je mezihvězdný plyn neutrální nebo ionizovaný.
100 galaxií najednou
Jedním z přístrojů, které JWST použije k pozorování vesmíru, je Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Tento přístroj nebude vytvářet vizuálně ohromující snímky galaxií, které pozoruje, jako širokoúhlý snímek tisíců galaxií pořízený Hubbleovým vesmírným dalekohledem (obrázek níže). Místo toho poskytne důležité spektrografické informace o těchto galaxiích, což umožní vidět mnoho z nich najednou.
Spektra těchto galaxií obsahují mnoho informací, zejména o chemickém složení. Studiem těchto složení vědci uvidí, jak rychle mohou galaxie přeměnit své složení plynu na hvězdy, a lépe tak porozumět vývoji vesmíru.
Chcete-li to provést s požadovanou přesností, vyžaduje blokování velkého množství světla, což obvykle znamená studovat jeden objekt po druhém. Některé z objektů, které má JWST v úmyslu studovat, jsou tak vzdálené, že jejich světlo je neuvěřitelně slabé, což znamená, že je nutné je pozorovat stovky hodin, aby bylo možné získat dostatek dat pro vytvoření spektrálního obrazu.
Naštěstí je NIRSpec vybaven čtvrt milionem jednotlivých oken s mikrozávěsy velikosti lidského vlasu uspořádanými do plátkového vzoru. To znamená, že úpravou vzoru těchto rolet bude JWST schopen pozorovat velké množství objektů v jednom pohledu pro současné pozorování a je programovatelný pro jakékoli pole objektů na obloze. Podle odhadů NASA to NIRSpec umožní současně sbírat spektra ze 100 observatoří, což žádný jiný spektroskop dříve nedokázal.
Přečtěte si také:
Exoplanety velikosti Jupiteru
Od poloviny 1990. let a objevu planety obíhající kolem hvězdy podobné Slunci se náš katalog exoplanet rozšířil a nyní zahrnuje více než 4 51 potvrzených světů. Většina z těchto světů, včetně exoplanety 1995 Pegasi b, objevené švýcarským týmem Michela Maiora a Didiera Cala v roce XNUMX, jsou horké Jupitery. Tyto exoplanety obíhají kolem svých hvězd v těsné blízkosti a obvykle dokončují revoluci za několik hodin, takže je lze snadno detekovat pomocí technik pozorování exoplanet.
Tyto světy jsou často slapově spojeny se svou hvězdou, což znamená, že jedna strana, strana věčného dne, je velmi horká. Pozoruhodným příkladem takového světa je WASP-121b, nedávno pozorovaný spektroskopickou kamerou na palubě HST. Železo a hliník, o něco větší než Jupiter v naší sluneční soustavě, se vypařují na denní straně této planety a tato pára je přenášena na noční stranu nadzvukovými větry. Jak se tyto prvky ochlazují, srážejí se jako kovový déšť, s možností, že se část hliníku spojí s jinými prvky a vysráží se jako tekuté rubínové a safírové sprchy.
Blízkost těchto obřích planet k jejich mateřské hvězdě může způsobit slapové síly, které jim propůjčí tvar ragbyového míče. Co se stalo s exoplanetou WASP-103b. Součástí role JWST z jeho pozice milion km od Země bude studium prostředí a atmosféry těchto agresivních planet.
Super Země
Další kategorií exoplanet, které vesmírný teleskop použije k pozorování, jsou takzvané super-Země. Jsou to světy, které mohou být 10krát hmotnější než Země, a přesto lehčí než ledoví obři jako Neptun nebo Uran.
Superzemě nemusí být nutně kamenné, jako naše planeta, ale mohou sestávat z plynu nebo dokonce směsi plynu a horniny. NASA říká, že v rozsahu 3 až 10 hmotností Země může existovat široká škála planetárních složení, včetně vodních světů, planet sněhových koulí nebo planet, které jsou stejně jako Neptun složeny převážně z hustého plynu.
První dvě superzemě, které se dostanou pod radar JWST NASA, budou lávou pokrytá planeta 55 Cancri e, která se jeví jako kamenná planeta vzdálená 41 světelných let, a LHS 3844b, která je dvakrát větší než Země a zdá se, že mají skalnatý povrch podobný Měsíci, ale postrádají významnou atmosféru.
Oba tyto světy se zdají být docela nevhodné pro život, jak ho známe, ale další exoplanety na různých místech Mléčné dráhy, které bude JWST studovat, mohou být slibnější.
Zajímavé také:
- 10 nejpodivnějších věcí, které jsme se dozvěděli o černých dírách v roce 2021
- Terraforming Mars: Mohla by se rudá planeta proměnit v novou Zemi?
Systém TRAPPIST-1
Během prvního provozního cyklu bude dalekohled podrobně studovat systém TRAPPIST-1, který se nachází 41 světelných let od Země. To, co činí tento planetární systém objevený v roce 2017 neobvyklým, je skutečnost, že jeho sedm kamenných světů existuje v zóně aktivity jejich hvězdy, což z něj činí největší potenciálně obyvatelný pozemský svět, jaký byl kdy objeven.
Astronomové definují obyvatelnou zónu kolem hvězdy jako oblast, kde teplota umožňuje existenci kapalné vody. Protože tato oblast není ani příliš horká, ani příliš studená, aby zde mohla existovat kapalná voda, je často nazývána zónou Zlatovlásky.
Pobyt v této zóně však neznamená, že je planeta obyvatelná. Venuše i Mars jsou uvnitř zóny kolem Slunce a žádná z planet nemůže pohodlně podporovat život, jak jej chápeme díky jiným podmínkám. Planetary Society naznačuje, že klíčovými faktory mohou být další faktory, jako je síla slunečního větru, hustota planety, převaha velkých měsíců, orientace oběžné dráhy planety a rotace planety (nebo její zjevný nedostatek). pro obyvatelnost.
Organické molekuly a planetární zrození
Jednou z výhod infračerveného průzkumu vesmíru pomocí JWST NASA je schopnost nahlédnout do hustých a masivních mračen mezihvězdného plynu a prachu. Ačkoli to nemusí znít příliš vzrušující, vyhlídka se stává mnohem atraktivnější, když si uvědomíte, že jsou to místa, kde se rodí hvězdy a planety a nazývají se hvězdnými školkami.
Tyto oblasti vesmíru nelze pozorovat ve spektru viditelného světla, protože obsah prachu je činí neprůhlednými. Tento prach však umožňuje šíření elektromagnetického záření v oblasti infračervených vlnových délek. To znamená, že JWST bude moci studovat husté oblasti těchto plynových a prachových mračen, když se zhroutí a vytvoří hvězdy.
Kromě toho bude vesmírný dalekohled také schopen studovat disky prachu a plynu, které obklopují mladé hvězdy a rodí planety. Nejen, že by to mohlo ukázat, jak se formují planety podobné těm ve Sluneční soustavě, včetně Země, ale mohlo by to také ukázat, jak jsou organické molekuly důležité pro život distribuovány v těchto protoplanetárních discích.
A existuje jedna hvězdná školka, na které budou pracovat výzkumníci, kteří mají čas pozorovat zejména JWST.
Přečtěte si také:
- Pozorování rudé planety: Historie marťanských iluzí
- Teleportace z vědeckého hlediska a její budoucnost
Pilíře stvoření
Pilíře stvoření jsou jedním z nejjasnějších a nejkrásnějších vesmírných jevů, jaké kdy lidstvo zobrazilo. Hubbleův vesmírný dalekohled, který zachytil nádherné snímky Pilířů stvoření (obrázek níže), dokázal nahlédnout hluboko do těchto světelných let vysokých věží z plynu a prachu.
Neprůhledné sloupy – Pilíře stvoření – se nacházejí v Orlí mlhovině a 6500 XNUMX světelných let od Země v souhvězdí Hada a jsou místy intenzivního formování hvězd. Aby shromáždil podrobnosti o procesech zrození hvězd uvnitř pilířů, pozoroval je Hubble v optickém a infračerveném světle.
Infračervené světlo je nezbytné k pozorování procesů probíhajících v Pilířích Stvoření, protože stejně jako u jiných jeslí viditelné světlo nemůže proniknout hustým prachem této emisní mlhoviny.
Hubbleův teleskop je optimalizován pro viditelné světlo, ale přesto dokázal pořídit úžasné infračervené snímky sloupů, které ukazují některé mladé hvězdy, které v nich žijí. To nadchlo tým JWST – jejich výkonný infračervený vesmírný dalekohled by odhalil tuto fascinující oblast vesmíru.
Jupiter, jeho prstence a měsíce
Jedním z cílů vesmírného dalekohledu ve sluneční soustavě bude největší planeta, plynný obr Jupiter. Podle NASA tým více než 40 výzkumníků vyvinul pozorovací program, který bude studovat Jupiter, jeho prstencový systém a jeho dva měsíce: Ganymed a Io. Půjde o jeden z prvních průzkumů dalekohledem ve Sluneční soustavě, který vyžaduje, aby byl kalibrován proti jasu plynného obra a zároveň byl schopen pozorovat jeho mnohem slabší prstencový systém.
Tým JWST, který bude Jupiter pozorovat, musí také vzít v úvahu 10hodinový den planety. To by vyžadovalo „spojení“ samostatných snímků dohromady pro studium jedné konkrétní oblasti páté planety, která rychle obíhá od Slunce, jako je Velká rudá skvrna – největší bouře ve Sluneční soustavě, dostatečně hluboká a široká, aby pohltila celou Zemi. .
Astronomové se pokusí lépe porozumět příčinám kolísání teploty atmosféry nad Velkou rudou skvrnou, charakteristikám mimořádných matných prstenců Jupiteru a přítomnosti tekutého oceánu slané vody pod povrchem Jupiterova měsíce Ganymede.
Asteroidy a blízkozemní objekty
Jednou z dalších důležitých rolí, kterou bude JWST ve Sluneční soustavě hrát, je studium asteroidů a dalších menších těles soustavy v infračervené oblasti. Studie bude zahrnovat to, co NASA klasifikuje jako Near-Earth Objects (NEO), což jsou komety a asteroidy, které byly gravitační silou blízkých planet vytlačeny na oběžné dráhy, které jim umožňují vstoupit do sousedství Země.
JWST bude provádět pozorování asteroidů a NEO v infračervené oblasti, což není možné ze zemské atmosféry pomocí pozemních dalekohledů nebo méně výkonných vesmírných dalekohledů. Účelem těchto hodnocení asteroidů bude studium absorpce a emise světla z povrchu těchto těles, což by mělo pomoci lépe porozumět jejich složení. JWST také umožní astronomům lépe klasifikovat tvary asteroidů, jejich obsah prachu a způsob, jakým vypouštějí plyn.
Studium asteroidů je životně důležité pro vědce, kteří chtějí porozumět zrodu Sluneční soustavy a jejích planet před 4,5 miliardami let. Je to proto, že jsou složeny z „nepoškozených“ materiálů, které existovaly v době, kdy se tvořily planety a které unikaly gravitaci menších těles tvořících planety.
Spolu se studiem zrodu planet, hvězd a prvních okamžiků samotných galaxií tato mise opět ukazuje, jak JWST vyřeší některé z nejzákladnějších záhad vědy.
Co bude dál?
Od 15. června 2022 jsou všechny nástroje NASA Webb zapnuté a byly pořízeny první snímky. Kromě toho byly testovány a certifikovány čtyři zobrazovací režimy, tři režimy časových řad a tři spektroskopické režimy, zbývají pouze tři. Jak již bylo zmíněno, 12. července plánuje NASA vydat sadu pozorování v upoutávce, která ilustrují Webbovy schopnosti. Ukážou krásu snímků vesmíru a také poskytnou astronomům představu o kvalitě dat, která obdrží.
Po 12. červenci začne vesmírný dalekohled Jamese Webba naplno pracovat na své vědecké misi. Podrobný harmonogram na příští rok ještě nebyl zveřejněn, ale astronomové po celém světě netrpělivě očekávají první data z nejvýkonnějšího vesmírného dalekohledu, jaký byl kdy postaven.
Můžete pomoci Ukrajině v boji proti ruským vetřelcům. Nejlepším způsobem, jak toho dosáhnout, je darovat finanční prostředky ozbrojeným silám Ukrajiny prostřednictvím Zachraňte život nebo přes oficiální stránku NBÚ.
Přihlaste se k odběru našich stránek v Twitter to Facebook.
Přečtěte si také:
