Mars er mægtig i de første Webb-observationer af den røde planet

NASAs James Webb Space Telescope fangede sine første billeder og spektre af Mars 5. september. Teleskopet, et internationalt samarbejde med ESA (European Space Agency) og CSA (Canadian Space Agency), giver et unikt perspektiv med sin infrarøde følsomhed på vores naboplanet , der supplerer data, der indsamles af orbitere, rovere og andre teleskoper.

Webbs unikke observationspost næsten en million miles væk ved solen-Jorden Lagrange punkt 2 (L2) giver et billede af Mars' observerbare skive (den del af den solbelyste side, der vender mod teleskopet). Som et resultat kan Webb fange billeder og spektre med den spektrale opløsning, der er nødvendig for at studere kortsigtede fænomener som støvstorme, vejrmønstre, sæsonbestemte ændringer og i en enkelt observation processer, der opstår på forskellige tidspunkter (dagtid, solnedgang og nattid) ) af en Mars-dag.

Fordi den er så tæt på, er den røde planet et af de klareste objekter på nattehimlen, både hvad angår synligt lys, som menneskelige øjne kan se, og det infrarøde lys, som Webb er designet til at registrere. Dette stiller særlige udfordringer til observatoriet, som blev bygget til at opdage det ekstremt svage lys fra de fjerneste galakser i universet. Webbs instrumenter er så følsomme, at uden særlige observationsteknikker, blænder det skarpe infrarøde lys fra Mars, hvilket forårsager et fænomen kendt som "detektormætning". Astronomer justerede for Mars' ekstreme lysstyrke ved at bruge meget korte eksponeringer, ved kun at måle noget af det lys, der ramte detektorerne, og ved at anvende specielle dataanalyseteknikker.

Webbs første billeder af Mars, fanget af Near-Infrared Camera (NIRCam), viser en region af planetens østlige halvkugle ved to forskellige bølgelængder eller farver af infrarødt lys. Det første billede i denne artikel viser et overfladereferencekort fra NASA og Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) til venstre med de to Webb NIRCam-instrumenters synsfelt overlejret. De nær-infrarøde billeder fra Webb er vist til højre.

NIRCam-billedet med kortere bølgelængde (2,1 mikron) [øverst til højre] er domineret af reflekteret sollys og afslører således overfladedetaljer svarende til dem, der er synlige i billeder med synligt lys [venstre]. Ringene fra Huygens-krateret, den mørke vulkanske klippe fra Syrtis Major og lysnende lys i Hellas-bassinet er alle tydelige på dette billede.

NIRCam-billedet med længere bølgelængde (4,3 mikron) [nederste højre] viser termisk emission - lys afgivet af planeten, når den mister varme. Lysstyrken af ​​4,3 mikron lys er relateret til temperaturen på overfladen og atmosfæren. Det lyseste område på planeten er, hvor solen næsten er over hovedet, fordi det generelt er varmest. Lysstyrken falder mod polarområderne, som modtager mindre sollys, og der udsendes mindre lys fra den køligere nordlige halvkugle, som oplever vinter på denne tid af året.

Temperaturen er dog ikke den eneste faktor, der påvirker mængden af ​​4,3 mikron lys, der når Webb med dette filter. Når lys, der udsendes af planeten, passerer gennem Mars atmosfære, bliver noget absorberet af kuldioxid (CO₂ ) molekyler. Hellas-bassinet – som er den største velbevarede nedslagsstruktur på Mars, der strækker sig over mere end 1.200 miles (2.000 kilometer) – fremstår mørkere end omgivelserne på grund af denne effekt.

"Dette er faktisk ikke en termisk effekt på Hellas," forklarede hovedefterforskeren, Geronimo Villanueva fra NASAs Goddard Space Flight Center, som designede disse Webb-observationer. "Hellas-bassinet er en lavere højde, og oplever dermed højere lufttryk. Det højere tryk fører til en undertrykkelse af den termiske emission ved netop dette bølgelængdeområde [4,1-4,4 mikron] på grund af en effekt, der kaldes trykudvidelse. Det vil være meget interessant at skille disse konkurrerende effekter fra hinanden i disse data."

Villanueva og hans team frigav også Webbs første nær-infrarøde spektrum af Mars, hvilket demonstrerede Webbs evne til at studere den røde planet med spektroskopi.

Mens billederne viser forskelle i lysstyrke integreret over et stort antal bølgelængder fra sted til sted på tværs af planeten på en bestemt dag og et bestemt tidspunkt, viser spektret de subtile variationer i lysstyrke mellem hundredvis af forskellige bølgelængder, der er repræsentative for planeten som helhed. Astronomer vil analysere spektrets funktioner for at indsamle yderligere oplysninger om planetens overflade og atmosfære.

Dette infrarøde spektrum blev opnået ved at kombinere målinger fra alle seks højopløselige spektroskopitilstande i Webbs nær-infrarøde spektrograf (NIRSpec). Foreløbig analyse af spektret viser et rigt sæt spektrale træk, der indeholder information om støv, iskolde skyer, hvilken slags sten der er på planetens overflade og atmosfærens sammensætning. De spektrale signaturer - inklusive dybe dale kendt som absorptionstræk - af vand, kuldioxid og kulilte kan let detekteres med Webb. Forskerne har analyseret de spektrale data fra disse observationer og er ved at forberede et papir, de vil indsende til et videnskabeligt tidsskrift til peer review og offentliggørelse.

I fremtiden vil Mars-holdet bruge disse billeddannelser og spektroskopiske data til at udforske regionale forskelle på tværs af planeten og til at søge efter sporgasser i atmosfæren, herunder metan og hydrogenchlorid.

Disse NIRCam- og NIRSpec-observationer af Mars blev udført som en del af Webbs Cycle 1 Guaranteed Time Observation (GTO) solsystemprogram ledet af Heidi Hammel fra AURA. + Udforsk yderligere

Det første exoplanetbillede fra James Webb Space Telescope afsløret