تلسکوپ فضایی جیمز وب قرار است به شکار ما برای سیارات فراخورشیدی کمک کند

وقتی تلسکوپ فضایی تازه پرتاب شده جیمز وب به طور کامل باز شود و آنلاین شود، تنها ابزار دیگری برای اخترشناسان برای کاوش در جهان نخواهد بود. با فناوری طیف‌سنجی پیشرفته‌اش، می‌تواند به تاریکی فضا نگاه کند و اجرام دوردست را با جزئیات بیشتر از همیشه ببیند – بسیار بیشتر از تلسکوپ فضایی هابل. این می تواند درک ما از سیارات فراخورشیدی را متحول کند، و حتی می تواند به ما کمک کند تا در مورد اینکه از کجا آمده ایم و کجای جهان ممکن است قابل سکونت باشد، بیاموزیم.

برای اینکه بدانیم چگونه تلسکوپ فضایی جیمز وب به ما کمک می‌کند تا توپ‌های در حال چرخش را در فاصله تریلیون‌ها مایل دورتر مطالعه کنیم (و چرا ستاره‌شناسان می‌خواهند)، با دو محققی که با استقرار پست جیمز وب کار می‌کنند صحبت کردیم: نستور اسپینوزا. موسسه علمی تلسکوپ فضایی و آنتونلا نوتا از آژانس فضایی اروپا (ESA).

یک جهش بزرگ به جلو

در سال‌های اخیر، محققان سیارات خارج از منظومه شمسی را با استفاده از تلسکوپ‌هایی مانند TESS (ماهواره بررسی سیارات فراخورشیدی در حال عبور) یا تلسکوپ فضایی کپلر شناسایی کرده‌اند . اینها می توانند با استفاده از تکنیکی به نام روش گذر ، به درخشان ترین ستارگان نگاه کنند و هنگامی که سیاره ای از بین آنها و ما عبور می کند، تغییرات در روشنایی آنها را مشاهده کنند. این یک شاهکار چشمگیر از مشاهدات علمی است، اما چیز زیادی در مورد اینکه این سیارات چگونه هستند – فقط اندازه تقریبی و گاهی اوقات جرم آنها را به ما نمی گوید.

اگر بخواهیم بدانیم یک سیاره چگونه است – آیا جو دارد؟ از چه چیزی تشکیل شده است آیا ابر در آسمان وجود دارد؟ اونجا آب هست؟ – ما باید با جزئیات بسیار بسیار بیشتری نگاه کنیم. این کاری است که وب قرار است انجام دهد، اما یک چالش فنی عظیم است. به همین دلیل است که ناسا، ESA و آژانس فضایی کانادا (CSA) همه با هم روی این پروژه کار می کنند.

نوتا توضیح داد: «وب صد برابر حساس‌تر از هابل است و به همین دلیل، وب می‌تواند کم‌نورترین جزئیات را در دورترین نقاط جهان بسیار دور با وضوح عالی آشکار کند.»

اسپینوزا گفت در حالی که هابل برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد سیارات فراخورشیدی استفاده شده است، «منظره ای که به شما می دهد بسیار محدود است. شاید یک ویژگی به شما می دهد.» او گفت که در مقام مقایسه، وب "ذهن‌افکن" خواهد بود و به ما امکان می‌دهد چندین ویژگی را همزمان ببینیم و به سیارات کوچک‌تر نگاه کنیم. "این اولین تغییر ما خواهد بود که سیارات کوچکتر را با جزئیات زیاد نگاه می کنیم."

هابل همچنین در طول موج نور مرئی کار می کند و تصاویر را در محدوده نوری که ما می بینیم می گیرد. اما جیمز وب در طول موج مادون قرمز کار خواهد کرد، که می تواند ویژگی های مختلف را تشخیص دهد و از میان غبار پنهان نگاه کند، و همانطور که نوتا می گوید "پنجره ای را به روی کیهان باز می کند که کاملا جدید خواهد بود".

هابل و وب قادر خواهند بود با هم کار کنند و داده های مکمل را روی اهداف مشابه جمع آوری کنند. بنابراین اگر عاشق تصاویر زیبایی از فضا هستید که توسط هابل گرفته شده است ، نگران نباشید، این تصاویر از بین نخواهند رفت. ما به سادگی ابزار دیگری برای درک عمیق تر به دست خواهیم آورد.

جیمز وب انقلابی خواهد شد. اسپینوزا گفت که به معنای واقعی کلمه انقلابی است. این به ما امکان می‌دهد چیزهایی را ببینیم که مدت‌ها انتظار کشف آن‌ها را داشتیم، اما فناوری لازم برای دیدن آن‌ها را نداشتیم، و من تقریباً مطمئن هستم که چیزهایی را شناسایی می‌کند که ما به آنها فکر نمی‌کنیم.»

به روز رسانی فناوری دهه 1980 هابل

محققان با استفاده از ابزارهای موجود در حال حاضر، با کشف بیش از 4000 سیاره فراخورشیدی، کار قابل توجهی را در یافتن و یادگیری در مورد سیارات فراخورشیدی انجام داده اند. با این حال، این میدان بسیار جدید است و اولین سیارات خارج از منظومه شمسی ما در دهه 1990 شناسایی شدند. این بدان معناست که بسیاری از ابزارهای نسل کنونی، مانند هابل، هرگز با در نظر گرفتن مطالعات سیارات فراخورشیدی طراحی نشده اند.

اسپینوزا گفت: «هابل فناوری دهه 80 است. "هیچ چیز در مقابل دهه 80 نیست – من عاشق دهه 80 هستم، به خصوص موسیقی! – اما تکنولوژی بسیار پیشرفت کرده است. نوع آشکارسازهایی که ما در آن زمان داشتیم، در مقایسه با نوع آشکارسازهایی که اکنون داریم، چیزی نیستند.

از سوی دیگر، جیمز وب با هدف خاصی طراحی شده است که برای توصیف سیارات فراخورشیدی مورد استفاده قرار گیرد و این در خط مقدم اصول طراحی آن بوده است. به عنوان مثال، زمانی که وب به سمت ستاره ای اشاره می کند، با دقت بسیار بالایی به یک پیکسل خاص اشاره می کند و اصلاً حرکت نمی کند و به محققان این امکان را می دهد تا هر افت درخشندگی را که می تواند سرنخ هایی از یک سیاره در مدار بدهد را با دقت اندازه گیری کنند. .

این سطح از دقت به وب اجازه می‌دهد تا هیجان‌انگیزترین عملکرد مربوط به سیاره فراخورشیدی خود را انجام دهد: تشخیص اینکه آیا یک سیاره فراخورشیدی جو دارد یا نه، و آن جو از چه چیزی تشکیل شده است. اسپینوزا توضیح داد: «جزئیات کوچکی که در تلاش برای شناسایی جو سیارات فراخورشیدی اهمیت زیادی دارند.

بررسی سیارات فراخورشیدی با استفاده از نور مادون قرمز

اگرچه محققان راه‌های بسیار خلاقانه‌ای برای تشخیص جو سیارات فراخورشیدی ارائه کرده‌اند ، اما این چیزی نیست که ابزارهای فعلی برای انجام آن طراحی شده‌اند. به همین دلیل است که قابلیت های وب بسیار انقلابی خواهد بود.

وب برای نگاه کردن به جهان، چهار ابزار دارد که در طول موج مادون قرمز نگاه می کنند. آنها شامل دوربین مادون قرمز نزدیک (NIRCam) و طیف نگار مادون قرمز نزدیک (NIRSpec) هستند. سپس سنسور هدایت خوب/تصویرگر مادون قرمز نزدیک و طیف‌نگار بدون شکاف (FGS/NIRISS) وجود دارد که همانطور که از نامشان پیداست، در باند مادون قرمز نزدیک نگاه می‌کنند. در نهایت، ابزار مادون قرمز میانی (MIRI) وجود دارد که طیف گسترده‌ای را در مادون قرمز دور مشاهده می‌کند.

اما اینها ابزار حساسی هستند و برای کار کردن به محیطی که به دقت نگهداری می شود نیاز دارند. بنابراین فناوری اطراف آنها نیز باید به روز باشد.

وب پر از فناوری جدید و پیچیده است، از آشکارسازهای حساس IR گرفته تا پوشش خورشیدی نازک پنج لایه کاپتون در اندازه زمین تنیس که از ابزار دقیق در برابر تابش خورشید محافظت می کند و به تلسکوپ و آشکارسازها اجازه می دهد تا نوتا گفت: به دمای سردی که برای مشاهده در مادون قرمز لازم است برسد.

او همچنین به جزئیات دقیق ابزارها اشاره کرد، مانند آرایه میکرو شاتر NIRSpec که مجموعه ای از پنجره های کرکره ای کوچک به اندازه چند تار موی انسان است. این به ابزار امکان می دهد صدها شیء را به طور همزمان مشاهده کند. نوتا گفت: «اولین مطلق در نجوم فضایی، جایی که طیف‌سنجی به طور سنتی یک شی در یک زمان انجام می‌شود.

درک اینکه از کجا آمده ایم

انگیزه برای دیدن اینکه آیا یک سیاره دور دارای جو است یا نه فقط یک شکوفایی علمی یا یک کنجکاوی بیهوده در مورد چگونگی این مکان های دور نیست. بلکه برای درک چگونگی ایجاد سیارات – از جمله سیارات ما – کلیدی است.

وقتی نوبت به درک چگونگی شکل‌گیری منظومه شمسی می‌رسد، محققان مدل‌هایی را اجرا می‌کنند و سعی می‌کنند ببینند چگونه می‌توانستیم به ترکیب سیاراتی که می‌بینیم دست پیدا کنیم. اسپینوزا خاطرنشان کرد: «اما در حال حاضر ما حجم نمونه یک نفری داریم. «منظومه شمسی ما. خودشه. اکنون ما در عصری هستیم که می‌توانیم ترکیبات منظومه‌های خورشیدی دیگر را بررسی کنیم. و نحوه شکل گیری سیارات ترکیب شیمیایی آنها را مشخص می کند.

بنابراین وقتی به جو یک سیاره فراخورشیدی دوردست نگاه می کنیم، در مورد چگونگی پیدایش آن می آموزیم. و از آن، ما می‌توانیم تصویری از نحوه شکل‌گیری سیارات و منظومه‌های خورشیدی بر اساس موارد بیشتری بسازیم که فقط در حیاط خلوت ما وجود دارد. او گفت: «بنابراین دریافت این نشانه‌های شکل‌گیری در این سیارات فراخورشیدی از طریق شیمی که در اتمسفر آنها مشاهده می‌کنیم، برای ما کاملاً اساسی است تا بفهمیم آنها چگونه به وجود آمدند و بنابراین چگونه به وجود آمدیم.

شکار برای سکونت

شاید هیجان‌انگیزترین دلیل برای بررسی جو سیارات فراخورشیدی این باشد که بفهمیم حیات در کجای دیگر کیهان می‌تواند شکوفا شود. نوتا گفت: «یکی از سؤالات کلیدی که وب مطالعه خواهد کرد، منشأ زندگی است. «انواع عظیمی از جهان های بیرونی وجود دارد، بیش از آنچه که ما تصور می کردیم. سیارات گازی به اندازه مشتری وجود دارند که بسیار نزدیک به ستاره خود می چرخند، "ابر زمین های" عظیم صخره ای و "نپتون های گرم". برخی از اینها ممکن است شرایط دمایی مناسب و ترکیب مناسبی برای میزبانی زندگی داشته باشند.

اما برای تعیین اینکه آیا یک سیاره قابل سکونت است یا خیر، به گفته اسپینوزا، تنها دانستن اندازه و جرم آن کافی نیست. از این گذشته، وقتی سیاره‌ای را پیدا می‌کنیم که به اندازه زمین است و جرمی مشابه دارد، مردم اغلب تصور می‌کنند که این سیاره مکانی شبیه زمین است. اما زهره و مریخ تقریباً اندازه‌ها و جرم‌هایی مشابه زمین دارند و جوی دارند که برای شکل زندگی ما بسیار ناسازگار است. "زهره بدترین مکان برای رفتن به تعطیلات است!" او با فشار زیاد و فضای سمی پر از دی اکسید کربن به شوخی گفت. مریخ با جو بسیار نازک و غیرقابل تنفسش که تنها 1 درصد چگالی جو ما روی زمین است، خیلی بهتر نیست.

بنابراین ما باید در مورد اتمسفر بدانیم تا بدانیم آیا یک سیاره منفرد قابل سکونت است یا خیر. و مهمتر از آن، برای به دست آوردن تخمینی از تعداد سیاره های قابل سکونت در آنجا، باید بدانیم که چه نوع جوی برای سیاراتی با اندازه سیارات ما معمول است. "متداول ترین فضایی که طبیعت شکل می دهد کدام است؟" اسپینوزا پرسید. این می تواند شبیه زهره یا مریخ باشد، و زمین یک نقطه پرت است. یا ممکن است جوهای زمین مانند معمولی باشند و تعداد سیارات بالقوه قابل سکونت در آنجا بسیار زیاد باشد.

رسیدن به ناشناخته ها

وب تنها به سیارات فراخورشیدی نگاه نخواهد کرد. طیف وسیعی از تحقیقات انجام خواهد شد، از نگاه کردن به مراحل اولیه جهان برای دیدن اولین کهکشان‌ها در حال شکل‌گیری، تا تماشای چگونگی تولد ستاره‌ها از گرد و غبار و گاز. با برنامه‌ریزی اولین سال عملیات علمی آن ، ما فقط سطح آنچه را که این ابزار جدید می‌توان برای آن استفاده کرد، بررسی می‌کنیم. باید منتظر بمانیم و ببینیم که چه شگفتی های نجومی دیگری را می تواند کشف کند.

نوتا گفت: «من فکر می‌کنم بزرگ‌ترین کشف، کشفی خواهد بود که هیچ‌کس انتظارش را ندارد. "کسی که نوع نگاه ما به جهان را تغییر خواهد داد، کسی که شاید یک بار برای همیشه جایگاه ما را در جهان مشخص کند."