Das James Webb Weltraumteleskop ist wie die Partei des Jahrhunderts, die immer wieder verschoben wird. Aufgrund seiner Komplexität und einiger anomaler Messwerte, die bei Vibrationstests festgestellt wurden, wurde das Startdatum dieses Teleskops um ein Vielfaches verschoben - es wird derzeit voraussichtlich irgendwann im Jahr 2021 starten. Aus offensichtlichen Gründen bleibt die NASA jedoch entschlossen, dies zu sehen Mission durch.
Nach dem Einsatz wird das JWST das leistungsstärkste Weltraumteleskop sein, und seine fortschrittliche Instrumentensuite wird Dinge über das Universum enthüllen, die noch nie zuvor gesehen wurden. Dazu gehört die Atmosphäre von außersolaren Planeten, die zunächst aus Gasriesen bestehen werden. Auf diese Weise wird das JWST die Suche nach bewohnbaren Planeten verfeinern und schließlich einige potenzielle Kandidaten untersuchen.
Das JWST wird dies in Verbindung mit dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) tun, der bereits im April 2018 im Weltraum eingesetzt wurde. Wie der Name schon sagt, wird TESS mit der Transit-Methode (auch bekannt als Transit Photometry) nach Planeten suchen. Hier werden Sterne auf periodische Helligkeitseinbrüche überwacht, die durch einen Planeten verursacht werden, der relativ zum Beobachter vor ihnen vorbeizieht.
Einige der ersten Beobachtungen von Webb werden im Rahmen des Discretionary Early Release Science-Programms des Direktors durchgeführt - eines Exoplaneten-Planetenteams im Webb-Operationszentrum. Dieses Team plant drei verschiedene Arten von Beobachtungen, die neue wissenschaftliche Erkenntnisse und ein besseres Verständnis der wissenschaftlichen Instrumente von Webb liefern.
Wie Jacob Bean von der University of Chicago, Co-Principal Investigator des Transit-Exoplaneten-Projekts, in einer Pressemitteilung der NASA erklärte:
„Wir haben zwei Hauptziele. Die erste besteht darin, Exoplaneten-Datensätze so schnell wie möglich von Webb an die astronomische Gemeinschaft zu übertragen. Die zweite besteht darin, großartige Wissenschaft zu betreiben, damit Astronomen und die Öffentlichkeit sehen können, wie mächtig dieses Observatorium ist. “
Als Natalie Batalha vom NASA Ames Research Center, der Hauptforscherin des Projekts, hinzufügte:
"Das Ziel unseres Teams ist es, der astronomischen Gemeinschaft kritisches Wissen und Erkenntnisse zu liefern, die dazu beitragen, die Exoplanetenforschung zu katalysieren und Webb in der begrenzten Zeit, die uns zur Verfügung steht, optimal zu nutzen."
Für ihre erste Beobachtung hat die JWST wird für die Charakterisierung der Atmosphäre eines Planeten verantwortlich sein, indem das Licht untersucht wird, das durch ihn hindurchgeht. Dies geschieht immer dann, wenn ein Planet vor einem Stern durchläuft und die Art und Weise, wie Licht bei verschiedenen Wellenlängen absorbiert wird, Hinweise auf die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre liefert. Leider hatten vorhandene Weltraumteleskope nicht die notwendige Auflösung, um etwas kleineres als einen Gasriesen zu scannen.
Das JWST, Mit seinen fortschrittlichen Infrarotinstrumenten wird das durch Exoplanetenatmosphären hindurchtretende Licht untersucht, in ein Regenbogenspektrum aufgeteilt und anschließend die Zusammensetzung der Atmosphären anhand der fehlenden Lichtabschnitte abgeleitet. Für diese Beobachtungen wählte das Projektteam WASP-79b aus, einen Exoplaneten in Jupiter-Größe, der einen Stern in der Eridanus-Konstellation umkreist, ungefähr 780 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Das Team erwartet, die Häufigkeit von Wasser, Kohlenmonoxid und Kohlendioxid in WASP-79b zu erfassen und zu messen, hofft jedoch auch, Moleküle zu finden, die in Exoplanetenatmosphären noch nicht nachgewiesen wurden. Für ihre zweite Beobachtung wird das Team einen „heißen Jupiter“ überwachen, der als WASP-43b bekannt ist, einen Planeten, der seinen Stern mit einer Zeitspanne von weniger als 20 Stunden umkreist.
Wie alle Exoplaneten, die eng um ihre Sterne kreisen, ist dieser Gasriese gezeitengesperrt - wobei eine Seite immer dem Stern zugewandt ist. Wenn sich der Planet vor dem Stern befindet, können Astronomen nur seine kühlere Rückseite sehen. aber während es umkreist, kommt die heiße Tagesseite langsam in Sicht. Indem Astronomen diesen Planeten über seine gesamte Umlaufbahn beobachten, können sie diese Variationen (als Phasenkurve bezeichnet) beobachten und die Daten verwenden, um die Temperatur, die Wolken und die Chemie der Atmosphäre des Planeten abzubilden.
Mit diesen Daten können sie die Atmosphäre in verschiedenen Tiefen abtasten und ein vollständigeres Bild der inneren Struktur des Planeten erhalten. Wie Bean angedeutet hat:
„Wir haben mit Hubble und Spitzer bereits dramatische und unerwartete Variationen für diesen Planeten gesehen. Mit Webb werden wir diese Variationen wesentlich detaillierter aufzeigen, um die verantwortlichen physikalischen Prozesse zu verstehen. “
Für ihre dritte Beobachtung wird das Team versuchen, einen Transitplaneten direkt zu beobachten. Dies ist sehr herausfordernd, da das Licht des Sterns viel heller ist und daher das schwache Licht verdeckt, das von der Atmosphäre des Planeten reflektiert wird. Eine Methode, um dies zu beheben, besteht darin, das Licht zu messen, das von einem Stern kommt, wenn der Planet sichtbar ist und wieder, wenn er hinter dem Stern verschwindet.
Durch den Vergleich der beiden Messungen können Astronomen berechnen, wie viel Licht allein vom Planeten kommt. Diese Technik eignet sich am besten für sehr heiße Planeten, die im Infrarotlicht hell leuchten. Aus diesem Grund haben sie WASP-18b für diese Beobachtung ausgewählt - einen heißen Jupiter, der Temperaturen von etwa 2.900 K (2627 ° C) erreicht. Dabei hoffen sie, die Zusammensetzung der erstickenden Stratosphäre des Planeten zu bestimmen.
Letztendlich werden diese Beobachtungen helfen, die Fähigkeiten des JWST zu testen und seine Instrumente zu kalibrieren. Das ultimative Ziel wird es sein, die Atmosphäre potenziell bewohnbarer Exoplaneten zu untersuchen, zu denen in diesem Fall felsige (auch als "erdähnlich" bezeichnete) Planeten gehören, die massearme, dunklere rote Zwergsterne umkreisen. Rote Zwerge sind nicht nur der häufigste Stern in unserer Galaxie, sondern auch der wahrscheinlichste Ort, um erdähnliche Planeten zu finden.
Kevin Stevenson, Forscher am Space Telescope Science Institute und Co-Principal Investigator des Projekts, erklärte:
„TESS sollte mehr als ein Dutzend Planeten lokalisieren, die in den bewohnbaren Zonen der Roten Zwerge kreisen, von denen einige tatsächlich bewohnbar sein könnten. Wir wollen wissen, ob diese Planeten Atmosphären haben und Webb wird es uns sagen. Die Ergebnisse werden einen großen Beitrag zur Beantwortung der Frage leisten, ob in unserer Galaxie günstige Lebensbedingungen üblich sind. “
Das James Webb Weltraumteleskop wird nach seiner Bereitstellung das weltweit führende Observatorium für Weltraumwissenschaften sein und Astronomen dabei helfen, Rätsel in unserem Sonnensystem zu lösen, Exoplaneten zu untersuchen und die frühesten Perioden des Universums zu beobachten, um festzustellen, wie sich seine großräumige Struktur im Laufe der Zeit entwickelt hat. Aus diesem Grund ist es verständlich, warum die NASA die astronomische Gemeinschaft um Geduld bittet, bis sie sicher ist, dass sie erfolgreich eingesetzt wird.
Wenn die Auszahlung nichts anderes als bahnbrechende Entdeckungen ist, ist es nur fair, dass wir bereit sind zu warten. In der Zwischenzeit sollten Sie sich dieses Video ansehen, in dem gezeigt wird, wie Wissenschaftler Exoplanetenatmosphären untersuchen, mit freundlicher Genehmigung des Space Telescope Science Institute:
