Come il telescopio Webb ci mostrerà pianeti mai visti prima

Quando James Webb Lo Space Telescope (JWST) ha iniziato le operazioni durante l’estatee Il più grande e potente set di specchi e strumenti mai lanciato nello spazio sarà puntato su alcuni degli obiettivi più remoti e sorprendenti dell’universo: le prime stelle e galassie che si sono formate nel nostro universo ovviamente, ma anche pianeti esterni.

JWST In realtà non è un cacciatore di esopianeti, ma con il suo specchio primario da 6,5 ​​metri e gli strumenti di spettroscopia a infrarossi, è adatto per guardare più da vicino questi mondi più lontano che mai. Raccontaci dei loro ingredienti e, forse, se ci sono segni di vita nella loro atmosfera.

astrofisico Cornell Nicole Lewis Dice che intende dedicare parte del suo tempo all’osservazione del JWST per esplorare il “campo profondo” WASP-17b. che “Giove caldo“Un esopianeta a circa 1.000 anni luce dalla Terra. Il telescopio trascorrerà “80 ore a guardare un pianeta in tutte le direzioni utilizzando un’ampia gamma di strumenti, il che ci consentirà di iniziare a capire che aspetto hanno le diverse parti del pianeta”, dice Lewis. inverso. Combinando misurazioni della temperatura, struttura delle nuvole e chimica atmosferica, “saremo davvero in grado di dipingere un’immagine 3D di come appare il caldo Giove WASP-17b”, ha detto.

E come sarebbe un tale pianeta al di fuori del sistema solare? Ironia della sorte, non sembrerà molto e diverso da tutto ciò che abbiamo visto prima. È un po’ complicato, ma i risultati potrebbero rimodellare la nostra comprensione del nostro posto nell’universo.

Come saranno gli esopianeti di JWST?

“Divulgazione completa, non otterremo belle immagini degli esopianeti”, afferma Lewis. JWST è grande e potente e vedrebbe miliardi di anni nel passato, ma la dissoluzione di un esopianeta così distante vicino alla sua stella da sembrare l’immagine di Hubble o Voyager di un pianeta nel nostro sistema solare è ancora tutt’altro che potente.

Vedremo gli esopianeti dal vivo, dice Lewis, quelli più grandi comunque, ma appariranno come “solo un punto luminoso”.

Non essere deluso. Quel punto è solo l’inizio. JWST aiuterà a costruire un quadro più complesso di esopianeti distanti nel tempo mappandoli in modo più dettagliato che mai e osservando le lunghezze d’onda trascurate.

“Quando guardiamo i pianeti, pensiamo a loro come appaiono visivamente a causa della luce riflessa da loro”, dice Lewis. “Ma se vuoi davvero sapere cosa lo fa spuntare, vuoi guardarlo a infrarossi”, come se vuoi vedere se ci sono composti organici nella sua atmosfera.

Il venerabile telescopio spaziale Hubble ha svolto attività di astronomia straordinaria, ma vede principalmente lunghezze d’onda ottiche, ultraviolette e nel vicino infrarosso. Il telescopio spaziale Spitzer in pensione è attualmente impostato sull’infrarosso, ma è stato interrotto nel 2020 e, sebbene Lewis abbia osservato che ha svolto attività di astronomia fantastica per gli esopianeti, non è mai stato progettato per una missione del genere.

Esistono anche telescopi terrestri che possono vedere nell’infrarosso, ma alcune lunghezze d’onda non possono essere raggiunte a causa degli effetti di filtraggio dell’atmosfera terrestre. Insieme, ciò significa “siamo stati in grado di trovare impronte chimiche nell’atmosfera”, di esopianeti, dice Lewis, “ma in quasi tutti i casi, trattiamo l’atmosfera come uniforme e omogenea, e la trattiamo essenzialmente come una- dimensionale.”

Basato nello spazio e ottimizzato per un’ampia gamma dello spettro infrarosso, Webb fornirà dati che gli scienziati possono utilizzare per creare modelli veramente multidimensionali di esopianeti. Per capire come è organizzata la loro atmosfera e in cosa consiste la loro composizione.

“Saremo in grado di guardare i segnali di cose come anidride carbonica, monossido di carbonio, metano, tutti i tipi di specie interessanti”, afferma Lewis. “Possiamo iniziare ad allontanarci da questa visione unidimensionale del pianeta e iniziare a capire come appare in due dimensioni in tre”.

Come sarà il nostro sistema solare per JWST?

Mentre la capacità di Webb di studiare gli oggetti più distanti dell’universo suscita molto interesse ed eccitazione, un telescopio spaziale trascorrerà molto tempo a fissare profondamente anche le cose più vicine a casa.

Heidi Hamill, una scienziata multidisciplinare con Webb dall’inizio degli anni 2000, userà il suo tempo nell’osservazione per guardare praticamente tutto nel nostro sistema solare al di fuori dell’orbita della Luna, da Marte agli asteroidi e agli esopianeti, e persino gli strani mondi ghiacciati di la cintura di Kuiper.

Potresti essere molto entusiasta di vedere Urano. Il gigante ghiacciato, anulare e inclinato, è stato visitato solo una volta da Voyager 2 nel 1986, e sembra essere in orbita alla giusta distanza per un campo visivo ideale per Webb. Otterremo davvero delle immagini davvero interessanti di Urano usando il web, anche se ovviamente saranno a infrarossi.

Nello spiegare come sarebbe Urano da Webb, indica una serie di immagini del gigante gassoso scattate da Hubble, dall’Osservatorio Keck e dall’European Very Large Telescope (VLT). Le cime delle nuvole blu e rosa appaiono nelle immagini ottiche e nel vicino infrarosso scattate da Hubble e Keck, ma le immagini nel medio infrarosso scattate dal VLT appaiono alquanto confuse, o come un pezzo di carboni ardenti sul retro di una fornace.

“Webb avrà una migliore qualità dell’immagine”, afferma Hamill. “Saremo in grado di rafforzare queste immagini e quindi non sembreranno così pixelate”.

Webb consentirà ad Hamel e ad altri scienziati planetari di comprendere meglio come interagiscono le atmosfere superiori e inferiori di Urano. Lo spettrometro di Webb consentirà loro di mappare la composizione chimica del pianeta come mai prima d’ora.

“Da dove viene il metano? Da dove viene l’etano?”, dice Hamel. “Saremo in grado di suscitare questa chimica in funzione dell’altezza e capire le connessioni.

Perchè importa – Non è un caso che gli scienziati che osservano esopianeti e pianeti lontani nel nostro cortile siano tutti interessati agli spettri e alla composizione chimica dei loro bersagli. Osservazioni come queste non sempre forniscono immediatamente immagini straordinarie: puoi incollarle su un poster come puoi con molte immagini di Hubble, ma nel tempo possono aiutare gli scienziati a dipingere un quadro concettuale più ampio e profondo di come tutti i pianeti e i sistemi solari lavoro, compreso il nostro.

Lewis dice che gli scienziati trascorrono molto tempo cercando di rispondere alle domande su come siamo arrivati ​​qui.

Come si è formato il nostro sistema solare? Come si è scoperto che la Terra è l’unico pianeta abitabile del sistema solare?

“Ma abbiamo sempre avuto un campione di sole otto cose con cui confrontare, giusto? Ora avremo un campione di 300-400 cose”, dice. “Questo ci permette di testare i nostri modelli per la fisica e la chimica di ciò che fa muovere i pianeti”.