NASA planira objaviti prve slike koje je snimio svemirski teleskop James Webb (JWST) 12. srpnja 2022. godine. Oni će označiti početak sljedeće ere u astronomiji, budući da će Webb – najveći svemirski teleskop ikada izgrađen – početi prikupljati znanstvene podatke koji će pomoći odgovoriti na pitanja o najranijim trenucima postojanja svemira i omogućiti astronomima da detaljnije proučavaju egzoplanete nego ikad prije. Ali bilo je potrebno gotovo osam mjeseci putovanja, postavljanja, testiranja i kalibracije kako bi se osiguralo da je ovaj najvrjedniji teleskop spreman za vrhunsko vrijeme.
Najmoćniji prostor teleskop će, jednom u orbiti, zaviriti dalje u svemir - i stoga dalje u prošlost - od bilo koje prethodne tehnologije, omogućujući astronomima da vide uvjete koji su postojali nedugo nakon Velikog praska.
Gdje sve počinje za NASA-in teleskop?
U našoj galaksiji Mliječni put, teleskop će istraživati svjetove izvan Sunčevog sustava – ekstrasolarne planete ili egzoplanete – proučavajući njihove atmosfere u potrazi za izdajničkim znakovima života, kao što su organske molekule i voda.
Nakon uspješnog lansiranja teleskopa James Webb 25. prosinca 2021., tim je započeo dugi proces njegovog premještanja u konačnu orbitalnu poziciju, rastavljanja teleskopa i, nakon što se stvari ohlade, kalibracije kamera i senzora na njemu. Lansiranje je prošlo glatko. Jedna od prvih stvari koju su NASA-ini znanstvenici primijetili bila je da je u teleskopu ostalo više goriva nego što se očekivalo za buduće prilagodbe njegove orbite. To bi Webbu omogućilo da djeluje mnogo dulje od prvobitnog 10-godišnjeg cilja misije.
Prvi zadatak na Webbovom lunarnom putovanju do njegove konačne lokacije u orbiti bio je postaviti teleskop. Prošlo je bez problema, počevši s postavljanjem štitnika za sunce koji pomaže u hlađenju teleskopa. Zatim je došlo do poravnanja zrcala i uključivanja senzora. Kamere na Webbyju su se hladile, baš kao što su inženjeri predvidjeli, a prvi instrument koji je tim uključio bila je bliska infracrvena kamera ili NIRCam. NIRCam je dizajniran za proučavanje slabog infracrvenog svjetla koje emitiraju najstarije zvijezde ili galaksije u svemiru. Ali što dalje?
Također zanimljivo:
Rani svemir u infracrvenom području
Budući da svjetlosti treba ograničeno vrijeme da putuje svemirom, kada astronomi gledaju objekte, oni zapravo gledaju u prošlost. Svjetlosti sa Sunca treba oko sedam minuta da stigne do Zemlje, tako da kada gledamo u Sunce, vidimo ga onakvim kakvo je bilo prije sedam minuta.
Vidimo udaljene objekte onakvima kakvi su bili prije nekoliko stoljeća ili tisućljeća, a najudaljenije objekte i galaksije promatramo čak i prije formiranja Zemlje, a dok ih vidimo, oni bi se mogli iz temelja promijeniti ili čak uništiti.
JWST je toliko moćan da će moći promatrati svemir kakav je postojao prije otprilike 13,6 milijardi godina, 200 milijuna godina nakon razdoblja početne brze inflacije koje nazivamo Veliki prasak. Ovo je najstarija prošlost u koju je čovječanstvo ikada gledalo. Ono što JWST čini tako moćnim alatom za oslikavanje ranog svemira je to što provodi svoja promatranja u infracrvenom području elektromagnetskog spektra.
Dok svjetlost putuje do nas iz tih udaljenih izvora, ubrzano širenje svemira rasteže tu svjetlost. To znači da dok je svjetlost od tih ranih zvijezda i galaksija slična onoj od obližnjih zvijezda i galaksija, njena je valna duljina "pomaknuta" u infracrveno područje elektromagnetskog spektra.
Najudaljenije i najstarije galaksije
Jedan od načina na koji će zvjezdarnica identificirati rane galaksije je promatranje šest najudaljenijih i najsjajnijih kvazara. Kvazari se nalaze u središtu aktivnih galaktičkih jezgri (AGN), a hrane ih supermasivne crne rupe. Često su svjetlije od zračenja svih zvijezda u galaksiji u kojoj se nalaze, zajedno.
Kvazari koje je odabrao tim JWST-a među najsvjetlijima su, što znači da su crne rupe koje ih hrane ujedno i najsnažnije, trošeći – odnosno nakupljajući – plin i prašinu najvećom brzinom. Oni stvaraju ogromne količine energije koja zagrijava okolni plin i gura ga prema van, stvarajući snažne mlazove koji se probijaju kroz galaksije u međuzvjezdani prostor.
Osim korištenja kvazara, koji imaju zamjetan učinak na okolne galaksije, za razumijevanje njihove evolucije, istraživači JWST-a također će koristiti kvazare za proučavanje razdoblja u povijesti svemira koje se naziva Era reionizacije. Bio je to trenutak kada je svemir postao najprozirniji i dopustio svjetlosti da slobodno putuje. To se dogodilo jer je neutralni plin u međugalaktičkom mediju postao nabijen ili ioniziran.
JWST će to istražiti korištenjem svijetlih kvazara kao izvora pozadinskog svjetla za proučavanje plina između nas i kvazara. Promatrajući koju svjetlost apsorbira međuzvjezdani plin, istraživači će moći odrediti je li međuzvjezdani plin neutralan ili ioniziran.
100 galaksija odjednom
Jedan od instrumenata koje će JWST koristiti za promatranje svemira je Near Infrared Spectrograph (NIRSpec). Ovaj instrument neće proizvesti vizualno zapanjujuće slike galaksija koje promatra poput širokokutne slike tisuća galaksija koju je snimio svemirski teleskop Hubble (slika dolje). Umjesto toga, pružit će važne spektrografske informacije o tim galaksijama, omogućujući da se mnoge od njih vide odjednom.
Spektri ovih galaksija sadrže mnogo informacija, posebice o kemijskom sastavu. Proučavajući te sastave, istraživači će vidjeti koliko brzo galaksije mogu pretvoriti svoj plinski sastav u zvijezde i tako bolje razumjeti evoluciju svemira.
Da bi se to učinilo s potrebnom točnošću, potrebno je blokirati veliku količinu svjetla, a to obično znači proučavanje jednog po jednog objekta. Neki od objekata koje JWST namjerava proučavati toliko su udaljeni da je njihova svjetlost nevjerojatno slaba, što znači da ih se mora promatrati stotinama sati kako bi se prikupilo dovoljno podataka za izradu spektralne slike.
Srećom, NIRSpec je opremljen s četvrt milijuna pojedinačnih prozora s mikrozatvaračima veličine ljudske dlake raspoređenim u obliku pločica. To znači da će podešavanjem uzorka ovih sjenila JWST moći promatrati veliki broj objekata u jednom prikazu za istovremeno promatranje, a može se programirati za bilo koje polje objekata na nebu. Prema NASA-inim procjenama, ovo će omogućiti NIRSpec-u da istovremeno prikuplja spektre sa 100 zvjezdarnica, nešto što nijedan drugi spektroskop prije nije mogao.
Pročitajte također:
- 100 godina kvantne fizike: od teorija 1920-ih do računala
- 5 budućih svemirskih misija o kojima treba razmišljati
Egzoplanete veličine Jupitera
Od sredine 1990-ih i otkrića planeta koji kruži oko zvijezde nalik Suncu, naš katalog egzoplaneta proširio se i sada uključuje više od 4 potvrđenih svjetova. Većina tih svjetova, uključujući egzoplanet 51 Pegasi b, koji je otkrio švicarski tim Michela Maiora i Didiera Cala 1995., vrući su Jupiteri. Ovi egzoplanete kruže oko svojih zvijezda u neposrednoj blizini, obično dovršavajući revoluciju za nekoliko sati, što ih čini lakim za otkrivanje pomoću tehnika promatranja egzoplaneta.
Ti su svjetovi često plimno vezani za svoju zvijezdu, što znači da je jedna strana, strana vječnog dana, vrlo vruća. Zapanjujući primjer takvog svijeta je WASP-121b, nedavno opažen spektroskopskom kamerom na brodu Hubble. Nešto veći od Jupitera u našem solarnom sustavu, željezo i aluminij isparavaju na dnevnoj strani ovog planeta, a tu paru nose na noćnu stranu nadzvučni vjetrovi. Kako se ovi elementi hlade, talože se kao metalna kiša, s mogućnošću da se dio aluminija spoji s drugim elementima i taloži kao tekući rubin i safir.
Blizina ovih divovskih planeta njihovoj matičnoj zvijezdi može uzrokovati plimne sile koje im daju oblik lopte za ragbi. Što se dogodilo s egzoplanetom WASP-103b. Dio uloge JWST-a sa svoje pozicije milijun kilometara od Zemlje bit će proučavanje okoliša i atmosfere ovih agresivnih planeta.
Super Zemlje
Druga kategorija egzoplaneta koje će svemirski teleskop koristiti za promatranje su takozvane super-Zemlje. To su svjetovi koji mogu biti 10 puta masivniji od Zemlje, a ipak lakši od ledenih divova poput Neptuna ili Urana.
Super-Zemlje ne moraju nužno biti stjenovite, poput našeg planeta, već se mogu sastojati od plina ili čak mješavine plina i stijena. NASA kaže da u rasponu od 3 do 10 Zemljinih masa može postojati širok izbor planetarnih sastava, uključujući vodene svjetove, planete snježne kugle ili planete koji su, poput Neptuna, sastavljeni uglavnom od gustog plina.
Prve dvije super-Zemlje koje će doći pod radar NASA-inog JWST-a bit će lavom prekriveni 55 Cancri e, koji izgleda kao stjenoviti planet udaljen 41 svjetlosnu godinu, i LHS 3844b, koji je dvostruko veći od Zemlje i čini se da imaju stjenovitu površinu, sličnu Mjesecu, ali bez značajne atmosfere.
Oba ova svijeta čine se prilično neprikladnima za život kakav poznajemo, ali drugi egzoplanete na raznim mjestima u Mliječnoj stazi koje će proučavati JWST možda više obećavaju.
Također zanimljivo:
- 10 najčudnijih stvari koje smo naučili o crnim rupama 2021
- Teraformiranje Marsa: Može li se Crveni planet pretvoriti u novu Zemlju?
TRAPPIST-1 sustav
Tijekom prvog operativnog ciklusa, teleskop će pomno proučavati sustav TRAPPIST-1, koji se nalazi 41 svjetlosnu godinu od Zemlje. Ono što ovaj planetarni sustav, otkriven 2017., čini neobičnim jest činjenica da njegovih sedam stjenovitih svjetova postoji u zoni aktivnosti njihove zvijezde, što ga čini najvećim potencijalno nastanjivim zemaljskim svijetom ikada otkrivenim.
Astronomi definiraju nastanjivu zonu oko zvijezde kao područje u kojem temperatura dopušta postojanje tekuće vode. Budući da ovo područje nije ni prevruće ni prehladno za postojanje tekuće vode, često se naziva Zona Zlatokose.
Međutim, boravak u ovoj zoni ne znači da je planet nastanjiv. I Venera i Mars nalaze se unutar zone oko Sunca i niti jedan planet ne može ugodno podržavati život kako ga mi razumijemo zbog drugih uvjeta. Planetary Society sugerira da drugi čimbenici, kao što je snaga solarnog vjetra, gustoća planeta, prevladavanje velikih mjeseca, orijentacija orbite planeta i rotacija planeta (ili očiti nedostatak iste) mogu biti ključni čimbenici za useljivost.
Organske molekule i planetarno rođenje
Jedna od prednosti infracrvenog istraživanja svemira NASA-inog JWST-a je mogućnost zavirivanja u guste i masivne oblake međuzvjezdanog plina i prašine. Iako ovo možda ne zvuči baš uzbudljivo, izgledi postaju mnogo privlačniji kada uzmete u obzir da su ovo mjesta gdje se rađaju zvijezde i planeti i koja se nazivaju zvjezdanim rasadnicima.
Ova područja prostora ne mogu se promatrati u spektru vidljive svjetlosti jer ih sadržaj prašine čini neprozirnima. Međutim, ta prašina omogućuje širenje elektromagnetskog zračenja u infracrvenom području valnih duljina. To znači da će JWST moći proučavati gusta područja ovih oblaka plina i prašine dok se kolabiraju i formiraju zvijezde.
Osim toga, svemirski teleskop također će moći proučavati diskove prašine i plina koji okružuju mlade zvijezde i rađaju planete. Ne samo da bi moglo pokazati kako se formiraju planeti poput onih u Sunčevom sustavu, uključujući Zemlju, već bi također moglo pokazati kako su organske molekule vitalne za život raspoređene unutar ovih protoplanetarnih diskova.
Postoji i jedan zvjezdani vrtić na kojem će raditi istraživači koji imaju vremena posebno promatrati JWST.
Pročitajte također:
- Promatranje Crvenog planeta: Povijest marsovskih iluzija
- Teleportacija sa znanstvenog gledišta i njena budućnost
Stupovi stvaranja
Stupovi stvaranja jedan su od najsjajnijih i najljepših kozmičkih prizora koje je čovječanstvo ikada prikazalo. Svemirski teleskop Hubble, koji je snimio prekrasne slike Stupova stvaranja (na slici dolje), uspio je zaviriti duboko u ove svjetlosne godine visoke tornjeve plina i prašine.
Smješteni u maglici Orao i 6500 svjetlosnih godina od Zemlje u zviježđu Zmije, neprozirni stupovi – Stupovi stvaranja – mjesta su intenzivnog stvaranja zvijezda. Kako bi prikupio detalje procesa rađanja zvijezda unutar stupova, Hubble ih je promatrao u optičkom i infracrvenom svjetlu.
Infracrveno svjetlo je neophodno za promatranje procesa koji se odvijaju unutar Stupova stvaranja jer, kao i kod drugih jaslica, vidljivo svjetlo ne može prodrijeti kroz gustu prašinu ove emisijske maglice.
Hubble je optimiziran za vidljivu svjetlost, ali je ipak uspio snimiti zapanjujuće infracrvene slike stupova, pokazujući neke od mladih zvijezda koje žive unutar njih. To je ono što je uzbudilo tim JWST-a – njihov moćni infracrveni svemirski teleskop otkrit će ovo fascinantno područje svemira.
Jupiter, njegovi prstenovi i mjeseci
Jedna od meta svemirskog teleskopa u Sunčevom sustavu bit će najveći planet, plinoviti div Jupiter. Prema NASA-i, tim od više od 40 istraživača razvio je program promatranja koji će proučavati Jupiter, njegov sustav prstenova i njegova dva mjeseca: Ganimed i Io. Ovo će biti jedno od prvih istraživanja teleskopom u Sunčevom sustavu, koje će zahtijevati kalibraciju prema svjetlini plinovitog diva, a istovremeno će moći promatrati njegov mnogo slabiji prstenasti sustav.
JWST tim koji će promatrati Jupiter također mora uzeti u obzir 10-satni dan planeta. To bi zahtijevalo "spajanje" zasebnih slika zajedno za proučavanje jednog određenog područja petog planeta koji brzo kruži od Sunca, kao što je Velika crvena pjega - najveća oluja u Sunčevom sustavu, dovoljno duboka i široka da proguta cijelu Zemlju .
Astronomi će pokušati bolje razumjeti razloge za fluktuacije temperature atmosfere iznad Velike crvene pjege, karakteristike Jupiterovih izvanrednih tamnih prstenova i prisutnost tekućeg oceana slane vode ispod površine Jupiterovog mjeseca Ganimeda.
Asteroidi i objekti bliski Zemlji
Jedna od drugih važnih uloga koju će JWST imati u Sunčevom sustavu je proučavanje asteroida i drugih manjih tijela Sustava u infracrvenom području. Studija će uključivati ono što NASA klasificira kao objekte blizu Zemlje (NEO), a to su kometi i asteroidi koje je gravitacijska sila obližnjih planeta gurnula u orbite koje im omogućuju ulazak u Zemljino susjedstvo.
JWST će provoditi promatranja asteroida i NEO-a u infracrvenom rasponu, što nije moguće iz Zemljine atmosfere korištenjem zemaljskih teleskopa ili manje moćnih svemirskih teleskopa. Svrha ovih procjena asteroida bit će proučavanje apsorpcije i emisije svjetlosti s površine tih tijela, što bi trebalo pomoći u boljem razumijevanju njihovog sastava. JWST će također omogućiti astronomima da bolje klasificiraju oblike asteroida, njihov sadržaj prašine i način na koji emitiraju plin.
Proučavanje asteroida ključno je za znanstvenike koji žele razumjeti rođenje Sunčevog sustava i njegovih planeta prije 4,5 milijardi godina. To je zato što se sastoje od "neoštećenih" materijala koji su postojali kada su se planeti formirali, a koji su izbjegli gravitaciju manjih tijela koja su formirala planete.
Uz proučavanje rođenja planeta, zvijezda i ranih trenutaka samih galaksija, ova misija još jednom pokazuje kako će JWST riješiti neke od temeljnih znanstvenih misterija.
Što je sljedeće?
Od 15. lipnja 2022. svi NASA Webb instrumenti su uključeni i prve slike su snimljene. Osim toga, testirana su i certificirana četiri načina snimanja, tri načina vremenskog niza i tri spektroskopska načina, a preostala su samo tri. Kao što je već spomenuto, 12. srpnja NASA planira objaviti skup zapažanja koja ilustriraju Webbove sposobnosti. Oni će pokazati ljepotu slika svemira, kao i dati astronomima predodžbu o kvaliteti podataka koje će dobiti.
Nakon 12. srpnja svemirski teleskop James Webb počet će u potpunosti raditi na svojoj znanstvenoj misiji. Detaljan raspored za iduću godinu još nije objavljen, ali astronomi diljem svijeta s nestrpljenjem iščekuju prve podatke s najsnažnijeg svemirskog teleskopa ikada napravljenog.
Možete pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih osvajača. Najbolji način da to učinite je donirati sredstva Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili putem službene stranice NBU.
Pretplatite se na naše stranice u Twitter i Facebook.
Pročitajte također: