NASAs Webb-teleskop vil studere Jupiter, dens ringe, og to spændende måner

Jupiter, opkaldt efter kongen af ​​de gamle romerske guder, kommanderer sin egen miniversion af vores solsystem af cirkulerende satellitter; deres bevægelser overbeviste Galileo Galilei om, at Jorden ikke er universets centrum i det tidlige 17. århundrede. Mere end 400 år senere, astronomer vil bruge NASAs James Webb-rumteleskop til at observere disse berømte motiver, skubbe observatoriets instrumenter til deres fulde kapacitet og lægge grunden til vidtrækkende videnskabelig opdagelse.

Et mangfoldigt team på mere end 40 forskere, ledet af astronomerne Imke de Pater fra University of California, Berkeley og Thierry Fouchet fra Observatoire de Paris, har designet et ambitiøst observationsprogram, der vil udføre nogle af Webbs første videnskabelige observationer i solsystemet - ved at studere Jupiter, dets ringsystem, og to af dens måner:Ganymedes og Io.

"Det bliver et virkelig udfordrende eksperiment, sagde de Pater. Jupiter er så lysende, og Webbs instrumenter er så følsomme, at observation af både den lyse planet og dens svagere ringe og måner vil være en fremragende test af, hvordan man får mest muligt ud af Webbs innovative teknologi."

Jupiter

Ud over at kalibrere Webbs instrumenter for Jupiters lysstyrke, astronomer skal også tage hensyn til planetens rotation, fordi Jupiter fuldender en dag på kun 10 timer. Flere billeder skal sys sammen i en mosaik for fuldt ud at fange et bestemt område - den berømte storm kendt som den store røde plet, for eksempel - en opgave, der bliver sværere, når selve objektet bevæger sig. Mens mange teleskoper har studeret Jupiter og dens storme, Webbs store spejl og kraftfulde instrumenter vil give ny indsigt.

"Vi ved, at den umiddelbare atmosfære over Den Store Røde Plet er koldere end andre områder af Jupiter, men i højere højder, i mesosfæren, atmosfæren ser ud til at være varmere. Vi vil bruge Webb til at undersøge dette fænomen, " sagde de Pater.

Webb vil også undersøge atmosfæren i polarområdet, hvor NASAs Juno-rumfartøj opdagede klynger af cykloner. Webbs spektroskopiske data vil give meget flere detaljer, end det har været muligt i tidligere observationer, måling af vind, sky partikler, gassammensætning, og temperatur.

Fremtidige solsystemobservationer af de gigantiske planeter med Webb vil drage fordel af erfaringerne fra disse tidlige observationer af det jovianske system. Holdet har til opgave at udvikle metoder til at arbejde med Webb-observationer af solsystemets planeter, som senere kan bruges af andre videnskabsmænd.

Ringe

Alle fire af solsystemets gasgigantplaneter har ringe, hvor Saturn er den mest fremtrædende. Jupiters ringsystem er sammensat af tre dele:en flad hovedring; en glorie inde i hovedringen, formet som en dobbeltkonveks linse; og gossamer-ringen, udvendigt til hovedringen. Jupiters ringsystem er usædvanligt svagt, fordi partiklerne, der udgør ringene, er så små og sparsomme, at de ikke reflekterer meget lys. Ved siden af ​​planetens lysstyrke forsvinder de praktisk talt, udgør en udfordring for astronomer.

"Vi presser virkelig mulighederne for nogle af Webbs instrumenter til det yderste for at få et unikt nyt sæt observationer, " sagde medforsker Michael Wong fra University of California, Berkeley. Holdet vil teste observationsstrategier til at håndtere Jupiters spredte lys, og bygge modeller til brug for andre astronomer, inklusive dem, der studerer exoplaneter, der kredser om lyse stjerner.

Holdet vil også se efter at gøre nye opdagelser i ringene. De Pater bemærkede, at der kan være uopdagede "ephemeral moonlets" i det dynamiske ringsystem, og potentielle krusninger i ringen fra kometpåvirkninger, som dem, der blev observeret og sporet tilbage til virkningen af ​​Comet Shoemaker-Levy 9 i 1994.

Ganymedes

Adskillige træk ved iskolde Ganymedes gør det fascinerende for astronomer. Udover at være den største måne i solsystemet, og større endda end planeten Merkur, det er den eneste måne, der vides at have sit eget magnetfelt. Holdet vil undersøge de meget ydre dele af Ganymedes atmosfære, dens eksosfære, for bedre at forstå månens interaktion med partikler i Jupiters magnetfelt.

Der er også tegn på, at Ganymedes kan have et flydende saltvandhav under sin tykke overfladeis, som Webb vil undersøge med detaljeret spektroskopisk undersøgelse af overfladesalte og andre forbindelser. Holdets erfaring med at studere Ganymedes overflade kan være nyttig i den fremtidige undersøgelse af andre iskolde solsystemmåner, der mistænkes for at have underjordiske oceaner, herunder Saturns måne Enceladus og andre joviske satellit Europa.

Io

I dramatisk kontrast til Ganymedes er den anden måne, holdet vil studere, Io, den mest vulkansk aktive verden i solsystemet. Den dynamiske overflade er dækket af hundredvis af enorme vulkaner, der ville overskygge dem på Jorden, samt søer af smeltet lava og glatte flodsletter af størknet lava. Astronomer planlægger at bruge Webb til at lære mere om virkningerne af Ios vulkaner på dens atmosfære.

"Der er stadig meget, vi ikke ved om Ios atmosfæriske temperaturstruktur, fordi vi ikke har haft data til at skelne temperaturen i forskellige højder, " sagde de Pater. "På jorden tager vi for givet, at når du går op ad et bjerg, luften bliver køligere – ville det være det samme på Io? Lige nu ved vi det ikke, men Webb kan hjælpe os med at finde ud af det."

Et andet mysterium Webb vil undersøge på Io er eksistensen af ​​"stealth vulkaner, "som udsender gasfaner uden det lysreflekterende støv, der kan detekteres af rumfartøjer som NASAs Voyager- og Galileo-missioner, og er derfor hidtil gået uopdaget. Webbs høje rumlige opløsning vil være i stand til at isolere individuelle vulkaner, der tidligere ville have vist sig som ét stort hotspot, giver astronomer mulighed for at indsamle detaljerede data om Ios geologi.

Webb vil også levere hidtil usete data om temperaturen på Io's hotspots, og afgøre, om de er tættere på vulkanisme på Jorden i dag, eller hvis de har en meget højere temperatur, ligner miljøet på Jorden i de tidlige år efter dets dannelse. Tidligere observationer fra Galileo-missionen og jordobservatorier har antydet disse høje temperaturer; Webb vil følge op på denne forskning og levere nye beviser, der kan afgøre spørgsmålet.

Teamindsats

Webbs detaljerede observationer vil ikke erstatte observationer fra andre observatorier, men hellere koordinere med dem, Wong forklarede. "Webbs spektroskopiske observationer vil kun dække et lille område af planeten, så globale visninger fra jordbaserede observatorier kan vise, hvordan de detaljerede Webb-data passer ind i, hvad der sker i større skala, svarende til hvordan Hubble og Gemini Observatory giver kontekst for Junos smalle, nærbilleder."

På tur, Webbs undersøgelse af Jupiters storme og atmosfære vil supplere Juno-data, inklusive radiosignaler fra lyn, som Webb ikke opdager. "Ingen observatorium eller rumfartøj kan klare det hele, " sagde Wong, "så vi er meget begejstrede for at kombinere data fra flere observatorier for at fortælle os meget mere, end vi kunne lære fra kun en enkelt kilde."

Denne forskning udføres som en del af et Webb Early Release Science (ERS) program. Dette program giver tid til udvalgte projekter tidligt i observatoriets mission, giver forskere mulighed for hurtigt at lære, hvordan man bedst bruger Webbs muligheder, samtidig med at det giver robust videnskab.

James Webb Space Telescope bliver verdens førende rumvidenskabelige observatorium, når det opsendes i 2021. Webb vil løse mysterier i vores solsystem, se ud over til fjerne verdener omkring andre stjerner, og undersøge de mystiske strukturer og oprindelsen af ​​vores univers og vores plads i det. Webb er et internationalt program ledet af NASA med dets partnere, ESA (European Space Agency) og Canadian Space Agency.