De James Webb Space Telescope is als het feest van de eeuw dat steeds wordt uitgesteld. Vanwege de enorme complexiteit en enkele abnormale metingen die werden gedetecteerd tijdens vibratietests, is de lanceringsdatum van deze telescoop vele malen teruggeduwd - hij wordt momenteel naar verwachting ergens in 2021 gelanceerd. Maar om voor de hand liggende redenen blijft NASA toegewijd om dit te zien missie door.
Eenmaal ingezet, zal de JWST de krachtigste ruimtetelescoop zijn die in gebruik is, en zijn geavanceerde reeks instrumenten zal dingen onthullen over het universum die nog nooit eerder zijn gezien. Hiertoe behoren de atmosfeer van buitenzonne-planeten, die aanvankelijk zullen bestaan uit gasreuzen. Daarbij zal de JWST de zoektocht naar bewoonbare planeten verfijnen en uiteindelijk enkele potentiële kandidaten onderzoeken.
De JWST zal dit doen in samenwerking met de Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), die in april 2018 in de ruimte werd ingezet. Zoals de naam al doet vermoeden, zal TESS naar planeten zoeken met behulp van de Transit-methode (ook bekend als Transit Photometry), waar sterren worden gecontroleerd op periodieke helderheidsdalingen - die worden veroorzaakt door een planeet die voor hen voorbijgaat ten opzichte van de waarnemer.
Sommige van de eerste observaties van Webb zullen worden uitgevoerd via het Discretionary Early Release Science-programma van de directeur - een doorgaand exoplanet planet-team in het wetenschappelijke operatiecentrum van Webb. Dit team is van plan drie verschillende soorten observaties uit te voeren die nieuwe wetenschappelijke kennis en een beter begrip van Webb's wetenschappelijke instrumenten zullen opleveren.
Zoals Jacob Bean van de University of Chicago, een mede-hoofdonderzoeker van het transiting exoplanet-project, uitlegde in een NASA-persbericht:
'We hebben twee hoofddoelen. De eerste is om zo snel mogelijk doorgaande exoplanet-datasets van Webb naar de astronomische gemeenschap te krijgen. De tweede is om geweldige wetenschap te doen, zodat astronomen en het publiek kunnen zien hoe krachtig dit observatorium is. '
Natalie Batalha van NASA Ames Research Center, de hoofdonderzoeker van het project, voegde toe:
"Het doel van ons team is het leveren van kritische kennis en inzichten aan de astronomische gemeenschap die zal helpen om exoplaneetonderzoek te katalyseren en het beste gebruik te maken van Webb in de beperkte tijd die we beschikbaar hebben."
Voor hun eerste opmerking, de JWST zal verantwoordelijk zijn voor het karakteriseren van de atmosfeer van een planeet door het licht te onderzoeken dat er doorheen gaat. Dit gebeurt wanneer een planeet voor een ster doorgaat en de manier waarop licht wordt geabsorbeerd op verschillende golflengten geeft aanwijzingen over de chemische samenstelling van de atmosfeer. Helaas hadden bestaande ruimtetelescopen niet de vereiste resolutie om iets kleins te scannen dan een gasreus.
De JWST, zal met zijn geavanceerde infraroodinstrumenten het licht onderzoeken dat door exoplaneetatmosferen gaat, het opsplitsen in een regenboogspectrum en vervolgens de compositie van de atmosfeer afleiden op basis van welke delen van het licht ontbreken. Voor deze waarnemingen selecteerde het projectteam WASP-79b, een exoplaneet ter grootte van een Jupiter die om een ster in het sterrenbeeld Eridanus draait, ongeveer 780 lichtjaar van de aarde verwijderd.
Het team verwacht de hoeveelheden water, koolmonoxide en kooldioxide in WASP-79b te detecteren en te meten, maar hoopt ook moleculen te vinden die nog niet zijn gedetecteerd in exoplaneetatmosferen. Voor hun tweede waarneming zal het team een "hete Jupiter" volgen die bekend staat als WASP-43b, een planeet die om zijn ster draait met een periode van minder dan 20 uur.
Zoals alle exoplaneten die dicht bij hun sterren cirkelen, is deze gasreus netjes opgesloten - waar één kant altijd naar de ster kijkt. Als de planeet voor de ster staat, kunnen astronomen alleen de koelere achterkant zien; maar terwijl het draait, komt de hete dag langzaam in beeld. Door deze planeet in zijn volledige baan te observeren, kunnen astronomen die variaties (ook wel een fasecurve genoemd) observeren en de gegevens gebruiken om de temperatuur, wolken en atmosferische chemie van de planeet in kaart te brengen.
Met deze gegevens kunnen ze de atmosfeer op verschillende diepten bemonsteren en een completer beeld krijgen van de interne structuur van de planeet. Zoals Bean aangaf:
'We hebben al dramatische en onverwachte variaties voor deze planeet gezien met Hubble en Spitzer. Met Webb zullen we deze variaties aanzienlijk gedetailleerder onthullen om de fysieke processen die verantwoordelijk zijn te begrijpen. ”
Voor hun derde waarneming zal het team proberen een doorgaande planeet rechtstreeks te observeren. Dit is erg uitdagend, aangezien het licht van de ster veel helderder is en daardoor het zwakke licht dat wordt gereflecteerd door de atmosfeer van de planeet verduistert. Een methode om dit aan te pakken is het meten van het licht dat van een ster komt wanneer de planeet zichtbaar is, en opnieuw wanneer het achter de ster verdwijnt.
Door de twee metingen te vergelijken, kunnen astronomen berekenen hoeveel licht er alleen van de planeet komt. Deze techniek werkt het beste voor zeer hete planeten die fel gloeien in infrarood licht, daarom hebben ze WASP-18b geselecteerd voor deze waarneming - een hete Jupiter die temperaturen van ongeveer 2900 K (2627 ° C; 4800 ° F) bereikt. Daarbij hopen ze de samenstelling van de verstikkende stratosfeer van de planeet te bepalen.
Uiteindelijk zullen deze waarnemingen de mogelijkheden van de JWST helpen testen en de instrumenten ervan kalibreren. Het uiteindelijke doel zal zijn om de atmosfeer van potentieel bewoonbare exoplaneten te onderzoeken, die in dit geval rotsachtige (ook bekend als "aarde-achtige") planeten zullen omvatten die in een baan rond lage massa, dimmerrode dwergsterren draaien. Behalve dat het de meest voorkomende ster in ons sterrenstelsel is, wordt aangenomen dat rode dwergen ook de meest waarschijnlijke plaats zijn om aardachtige planeten te vinden.
Zoals Kevin Stevenson, een onderzoeker bij het Space Telescope Science Institute en een mede-hoofdonderzoeker van het project, uitlegde:
“TESS zou meer dan een dozijn planeten moeten plaatsen in de bewoonbare zones van rode dwergen, waarvan er een paar zelfs bewoonbaar zouden kunnen zijn. We willen weten of die planeten een atmosfeer hebben en dat zal Webb ons vertellen. De resultaten zullen een grote bijdrage leveren aan het beantwoorden van de vraag of in ons melkwegstelsel gunstige omstandigheden voor het leven voorkomen. ”
De James Webb Space Telescope zal, zodra het eenmaal is ingezet, 's werelds belangrijkste observatorium voor ruimtewetenschap zijn, en zal astronomen helpen mysteries in ons zonnestelsel op te lossen, exoplaneten te bestuderen en de allereerste perioden van het heelal te observeren om te bepalen hoe de grootschalige structuur ervan in de loop van de tijd is geëvolueerd. Om deze reden is het begrijpelijk waarom NASA de astronomische gemeenschap vraagt geduld te hebben totdat ze zeker weten dat het succesvol zal worden ingezet.
Als de beloning niets minder is dan baanbrekende ontdekkingen, is het alleen maar eerlijk dat we bereid zijn te wachten. Bekijk in de tussentijd deze video over hoe wetenschappers exoplaneetatmosferen bestuderen, met dank aan het Space Telescope Science Institute:
