Как телескоп Уэбба покажет нам невиданные ранее планеты

Когда Джеймс Уэбб Космический телескоп (JWST) начал работу летом.И Самый большой и самый мощный набор зеркал и инструментов, когда-либо запущенных в космос, будет направлен на некоторые из самых удаленных и удивительных целей во Вселенной: конечно же, на первые звезды и галактики, сформировавшиеся в нашей Вселенной, но также внешние планеты.

JWST На самом деле это не охотник за экзопланетами, но с его 6,5-метровым главным зеркалом и инструментами инфракрасной спектроскопии он хорошо подходит для более пристального изучения этих миров дальше, чем когда-либо прежде. Расскажите нам об их ингредиентах и, возможно, есть ли в их атмосфере признаки жизни.

Корнеллский астрофизик Николь Льюис Он говорит, что планирует посвятить часть своего времени наблюдению за JWST изучению «глубокого поля» WASP-17b. это «Горячий Юпитер«Экзопланета примерно в 1000 световых лет от Земли. Телескоп проведет «80 часов, глядя на одну планету во всех направлениях, используя широкий спектр инструментов, что позволит нам начать понимать, как выглядят разные части планеты», говорит Льюис. обратный. Объединив измерения температуры, структуру облаков и химический состав атмосферы, «мы действительно сможем нарисовать трехмерную картину того, как выглядит горячий Юпитер WASP-17b», — сказала она.

И как бы выглядела такая планета за пределами Солнечной системы? По иронии судьбы, это будет совсем не похоже на то, что мы видели раньше. Это немного сложно, но результаты могут изменить наше понимание нашего места во Вселенной.

Как будут выглядеть экзопланеты JWST?

«Полное раскрытие, мы не собираемся делать красивые снимки экзопланет», — говорит Льюис. JWST большой, мощный и может заглянуть на миллиарды лет в прошлое, но растворение экзопланеты, настолько далекой от своей звезды, что она выглядит как изображение планеты в нашей Солнечной системе, сделанное Хабблом или Вояджером, все еще далеко от мощного.

Мы увидим экзопланеты вживую, говорит Льюис, в любом случае, более крупные, но они будут видны как «только одно яркое пятно».

Не разочаровывайтесь. Этот момент — только начало. JWST поможет построить более сложную картину далеких экзопланет с течением времени, нанося на них более подробные карты, чем когда-либо прежде, и изучая забытые длины волн.

«Когда мы смотрим на планеты, мы думаем о них так, как они выглядят визуально из-за отраженного от них света», — говорит Льюис. «Но если вы действительно хотите знать, что заставляет его тикать, вам нужно посмотреть на него в инфракрасном диапазоне», например, если вы хотите увидеть, есть ли в его атмосфере органические соединения.

Почтенный космический телескоп Хаббл проделал удивительную астрономию, но в основном он видит оптические, ультрафиолетовые и ближние инфракрасные волны. Вышедший на пенсию космический телескоп Spitzer в настоящее время настроен на работу в инфракрасном диапазоне, но был снят с производства в 2020 году, и, хотя Льюис отмечает, что он сделал впечатляющие астрономические исследования экзопланет, он никогда не предназначался для такой миссии.

Есть также наземные телескопы, которые могут видеть в инфракрасном диапазоне, но определенные длины волн не могут быть достигнуты из-за фильтрующих эффектов земной атмосферы. Вместе это означает, что «мы смогли найти химические следы в атмосфере» экзопланет, говорит Льюис, «но почти во всех случаях мы рассматриваем атмосферу как однородную и однородную, и мы рассматриваем ее как по существу однородную». объемный».

Находясь в космосе и оптимизированный для широкого диапазона инфракрасного спектра, Webb предоставит данные, которые ученые смогут использовать для создания действительно многомерных моделей экзопланет. Понять, как устроена их атмосфера и из чего состоит их состав.

«Мы сможем смотреть на сигналы от таких вещей, как углекислый газ, окись углерода, метан и всевозможных интересных видов», — говорит Льюис. «Мы можем начать отходить от этого одномерного взгляда на планету и начать понимать, как она выглядит в двух измерениях в трех».

Как будет выглядеть наша солнечная система для JWST?

В то время как способность Уэбба изучать самые отдаленные объекты во Вселенной вызывает большой интерес и воодушевление, космический телескоп потратит много времени и на то, чтобы пристально вглядываться в объекты, расположенные ближе к дому.

Хайди Хэмилл, междисциплинарный ученый с Уэббом с начала 2000-х, будет использовать свое время в наблюдениях, чтобы изучить практически все в нашей Солнечной системе за пределами орбиты Луны, от Марса до астероидов и экзопланет, и даже странных ледяных миров. пояс Койпера.

Возможно, вам будет очень интересно увидеть Уран. Ледяной гигант, кольцеобразный и наклоненный, был посещен «Вояджером-2» только один раз в 1986 году, и он вращается на правильном расстоянии для идеального поля зрения Уэбба. Мы действительно собираемся получить очень классные фотографии Урана, используя Интернет, хотя, конечно, это будет инфракрасное излучение.

Объясняя, как мог бы выглядеть Уран с точки зрения Уэбба, она указывает на набор изображений газового гиганта, сделанных Хабблом, обсерваторией Кека и Европейским очень большим телескопом (VLT). Голубые и розовые вершины облаков видны на снимках в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах, сделанных Хабблом и Кеком, но изображения в среднем инфракрасном диапазоне, сделанные VLT, кажутся несколько туманными или похожими на комок горячих углей в задней части печи.

«У Webb будет лучшее качество изображения, — говорит Хэмилл. «Мы сможем сделать эти изображения жестче, и тогда они не будут выглядеть такими пикселизированными».

Уэбб позволит Хамелю и другим планетологам лучше понять, как взаимодействуют верхние и нижние атмосферы Урана. Спектрометр Уэбба позволит им нанести на карту химический состав планеты, как никогда раньше.

«Откуда берется метан? Откуда берется этан?», — говорит Хамель. «Мы сможем выявить эту химию в зависимости от роста и выяснить связи.

почему это имеет значение — Не случайно ученые, изучающие далекие экзопланеты и планеты на нашем заднем дворе, интересуются спектрами и химическим составом своих целей. Наблюдения, подобные этим, не всегда дают потрясающие визуальные эффекты сразу — вы можете прикрепить их на плакат, как и многие изображения Хаббла, но со временем они могут помочь ученым нарисовать более широкую и глубокую концептуальную картину того, как все планеты и солнечные системы работа, в том числе и наша.

Льюис говорит, что ученые тратят много времени, пытаясь ответить на вопросы о том, как мы сюда попали.

Как образовалась наша Солнечная система? Как получилось, что Земля — единственная обитаемая планета Солнечной системы?

«Но у нас всегда была выборка из восьми вещей для сравнения, верно? Теперь у нас будет выборка из 300–400 вещей», — говорит она. «Это позволяет нам проверить наши модели физики и химии того, что заставляет планеты двигаться».