De James Webb rymdteleskop är som århundradets parti som fortsätter att skjutas upp. På grund av dess rena komplexitet och några anomala avläsningar som upptäcktes under vibrationstestning har lanseringsdatumet för detta teleskop skjutits tillbaka många gånger - det förväntas för närvarande lanseras någon gång 2021. Men av uppenbara skäl är NASA fortfarande engagerade i att se detta uppdrag genom.
När JWST har installerats är det mest kraftfulla rymdteleskopet i drift, och dess avancerade svit av instrument kommer att avslöja saker om universum som aldrig tidigare har sett. Bland dessa är atmosfärerna från extrasolplaneter, som initialt kommer att bestå av gasjättar. På så sätt kommer JWST att förfina sökningen efter bebodda planeter och så småningom börja undersöka några potentiella kandidater.
JWST kommer att göra detta i samband med Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), som distribuerades till rymden tillbaka i april 2018. Som namnet antyder kommer TESS att söka efter planeter med hjälp av Transit Method (aka Transit Photometry), där stjärnor övervakas med jämna mellanrum i ljusstyrka - som orsakas av en planet som passerar framför dem relativt observatören.
Några av Webbs första observationer kommer att genomföras genom Director's Discretionary Early Release Science-programmet - ett transiterande exoplanet-planet-team vid Webbs forskningsoperationscenter. Detta team planerar att genomföra tre olika typer av observationer som ger ny vetenskaplig kunskap och en bättre förståelse av Webbs vetenskapliga instrument.
Som Jacob Bean från University of Chicago, en medprinciputredare för det transiterande exoplanetprojektet, förklarade i ett pressmeddelande från NASA:
”Vi har två huvudmål. Den första är att få transiterade exoplanet-datauppsättningar från Webb till det astronomiska samhället så snart som möjligt. Den andra är att göra en hel del vetenskap så att astronomer och allmänheten kan se hur kraftfullt detta observatorium är. ”
Som Natalie Batalha från NASA Ames Research Center, projektets huvudutredare, tilllade:
"Vårt team har som mål att tillhandahålla kritisk kunskap och insikter till det astronomiska samhället som kommer att hjälpa till att katalysera exoplanetforskning och utnyttja Webb bäst under den begränsade tiden vi har tillgängliga."
För deras första observation, JWST kommer att ansvara för att karakterisera en planetens atmosfär genom att undersöka ljuset som passerar genom den. Detta händer när en planet passerar framför en stjärna, och hur ljuset absorberas vid olika våglängder ger ledtrådar om atmosfärens kemiska sammansättning. Tyvärr har befintliga rymdteleskop inte haft den nödvändiga upplösningen för att skanna något mindre än en gasjätt.
De JWST, med sina avancerade infraröda instrument, kommer att undersöka ljuset som passerar genom exoplanet atmosfärer, dela upp det i ett regnbågsspektrum, och sedan dra slutsatsen atmosfärernas sammansättning baserat på vilka sektioner av ljus saknas. För dessa observationer valde projektgruppen WASP-79b, en exoplanet i storleken Jupiter som kretsar runt en stjärna i Eridanus-konstellationen, ungefär 780 ljusår från jorden.
Teamet räknar med att upptäcka och mäta överflödet av vatten, kolmonoxid och koldioxid i WASP-79b, men hoppas också kunna hitta molekyler som ännu inte har upptäckts i exoplanet-atmosfärer. För deras andra observation kommer teamet att övervaka en "het Jupiter" känd som WASP-43b, en planet som kretsar kring sin stjärna med en period på mindre än 20 timmar.
Liksom alla exoplaneter som kretsar nära sina stjärnor är denna gasjätt tidligt låst - där en sida alltid vetter mot stjärnan. När planeten är framför stjärnan kan astronomer bara se dess kallare baksida; men när det kretsar runt kommer den varma dagssidan långsamt in. Genom att observera denna planet för hela sin omloppsbana kan astronomer observera dessa variationer (känd som en faskurva) och använda data för att kartlägga planetens temperatur, moln och atmosfärisk kemi.
Dessa data gör att de kan prova atmosfären till olika djup och få en mer fullständig bild av planetens inre struktur. Som Bean antydde:
”Vi har redan sett dramatiska och oväntade variationer för denna planet med Hubble och Spitzer. Med Webb kommer vi att avslöja dessa variationer i betydligt större detalj för att förstå de fysiska processerna som är ansvariga. ”
För sin tredje observation kommer laget att försöka observera en transiterande planet direkt. Detta är väldigt utmanande, eftersom stjärns ljus är mycket ljusare och därför döljer det svaga ljuset som reflekteras från planetens atmosfär. En metod för att hantera detta är att mäta ljuset som kommer från en stjärna när planeten är synlig, och igen när den försvinner bakom stjärnan.
Genom att jämföra de två mätningarna kan astronomer beräkna hur mycket ljus som kommer från planeten ensam. Den här tekniken fungerar bäst för mycket heta planeter som lyser starkt i infrarött ljus, varför de valde WASP-18b för denna observation - en varm Jupiter som når temperaturer på cirka 2 900 K (2627 ° C; 4 800 ° F). I processen hoppas de kunna bestämma sammansättningen av planetens kvävande stratosfär.
I slutändan kommer dessa observationer att hjälpa till att testa JWST: s förmågor och kalibrera dess instrument. Det ultimata målet kommer att vara att undersöka atmosfären i potentiellt bebodda exoplaneter, som i detta fall kommer att inkludera steniga (alias "jordliknande") planeter som kretsar runt lågmassa, dimmare röda dvärgstjärnor. Förutom att vara den vanligaste stjärnan i vår galax, tros röda dvärgar också vara det mest troliga stället att hitta jordliknande planeter.
Som Kevin Stevenson, en forskare med Space Telescope Science Institute och en medprinciputredare för projektet, förklarade:
”TESS borde lokalisera mer än ett dussin planeter som kretsar runt i de bebotliga zonerna för röda dvärgar, av vilka några faktiskt kan vara beboeliga. Vi vill lära oss om dessa planeter har atmosfärer och Webb kommer att berätta för oss. Resultaten kommer att gå långt mot att svara på frågan om förhållanden som är gynnsamma för livet är vanliga i vår galax. "
De James Webb rymdteleskop kommer att vara världens främsta rymdvetenskapsobservatorium när de väl har installerats och hjälper astronomer att lösa mysterier i vårt solsystem, studera exoplaneter och observera de allra tidigaste perioderna i universum för att bestämma hur dess storskaliga struktur utvecklats över tid. Av detta skäl är det förståeligt varför NASA ber att det astronomiska samhället ska vara tålamod tills de är säkra på att det kommer att implementeras framgångsrikt.
När utbetalningen är inget annat än banbrytande upptäckter, är det bara rättvist att vi är villiga att vänta. Under tiden, se till att kolla in den här videon om hur forskare studerar exoplanet atmosfärer, med tillstånd av Space Telescope Science Institute:
