In oktober 2018 wordt de James Webb Space Telescope (JWST) in een baan om de aarde gelanceerd. Als onderdeel van NASA's Next Generation Space Telescope-programma zal de JWST de komende jaren elke fase van de kosmische geschiedenis bestuderen. Dit omvat het sonderen van het eerste licht van het heelal (veroorzaakt door de oerknal), de eerste sterrenstelsels die worden gevormd en extra-zonneplaneten in nabijgelegen sterrenstelsels.
Naast dat alles zal de JWST ook gewijd zijn aan het bestuderen van ons zonnestelsel. Zoals NASA onlangs aankondigde, zal de telescoop zijn infraroodcapaciteiten gebruiken om twee 'oceaanwerelden' in ons zonnestelsel te bestuderen: de Jupitermaan Europa en de Saturnusmaan Enceladus. Door dit te doen, zal het bijdragen aan eerdere observaties van NASA's Galileo enCassini orbiters en help toekomstige missies naar deze ijzige manen te begeleiden.
De manen zijn gekozen door wetenschappers die hebben meegewerkt aan de ontwikkeling van de telescoop (oftewel gegarandeerde tijdwaarnemers) en daarom het voorrecht hebben om als een van de eersten deze te gebruiken. Europa en Enceladus zijn toegevoegd aan de lijst met doelen van de telescoop, aangezien een van de belangrijkste doelen van de telescoop is om de oorsprong van het leven in het heelal te bestuderen. Naast het zoeken naar bewoonbare exoplaneten, wil NASA ook objecten binnen ons eigen zonnestelsel bestuderen.
Een van de belangrijkste aandachtspunten is de waterpluimen die zijn waargenomen door de ijzige oppervlakken van Enceladus en Europa. Sinds 2005 weten wetenschappers dat Enceladus pluimen heeft die periodiek uit de zuidelijke poolstreek losbarsten, waarbij water en organische chemicaliën worden uitgespuwd die de E-ring van Saturnus aanvullen. Sindsdien is ontdekt dat deze pluimen helemaal tot in de binnenzee reiken die onder het ijzige oppervlak van Enceladus bestaat.
In 2012 ontdekten astronomen die de Hubble-ruimtetelescoop gebruikten soortgelijke pluimen die uit Europa kwamen. Deze pluimen werden gezien vanaf het zuidelijk halfrond van de maan en zouden naar schatting tot 200 km (125 mijl) de ruimte in reiken. Latere studies gaven aan dat deze pluimen met tussenpozen waren en vermoedelijk water en organische materialen van binnenuit op het oppervlak regenden.
Deze observaties waren vooral intrigerend omdat ze de zaak versterkten voor Europa en Enceladus met innerlijke, warmwater oceanen die leven zouden kunnen herbergen. Aangenomen wordt dat deze oceanen het resultaat zijn van geologische activiteit in het binnenland die wordt veroorzaakt door getijbuiging. Op basis van het door de Galileo en Cassini orbiters, wetenschappers hebben theoretiseerd dat deze oppervlaktepluimen het resultaat zijn van dezelfde geologische processen.
De aanwezigheid van deze activiteit kan ook betekenen dat deze manen hydrothermale ventilatieopeningen hebben die zich aan hun kernmantelgrenzen bevinden. Op aarde wordt aangenomen dat hydrothermale ventilatieopeningen (op de oceaanbodem) een grote rol hebben gespeeld bij het ontstaan van het leven. Als zodanig wordt hun bestaan op andere lichamen binnen het zonnestelsel beschouwd als een mogelijke indicatie van buitenaards leven.
De inspanning om deze 'Ocean Worlds' te bestuderen zal worden geleid door Geronimo Villanueva, een planetaire wetenschapper bij het Goddard Space Flight Center van NASA. Zoals hij uitlegde in een recente persverklaring van NASA, zullen hij en zijn team bepaalde fundamentele vragen behandelen:
'Zijn ze gemaakt van waterijs? Komt er hete waterdamp vrij? Wat is de temperatuur van de actieve regio's en het uitgestoten water? Met de metingen van de Webb-telescoop kunnen we deze vragen met ongekende nauwkeurigheid en precisie beantwoorden. "
Het team van Villanueva maakt deel uit van een grotere inspanning om het zonnestelsel te bestuderen, dat wordt geleid door Heidi Hammel - de uitvoerende VP van de Association of Universities for Research in Astronomy (AURA). Zoals ze de "Ocean World" -campagne van JWST aan Space Magazine beschreef via e-mail:
'We zullen handtekeningen zoeken van pluimactiviteit op deze oceaanwerelden, evenals actieve plekken. Met de nabij-infraroodcamera van NIRCAM hebben we net genoeg ruimtelijke resolutie om algemene gebieden van de manen te onderscheiden die "actief" zouden kunnen zijn (het creëren van pluimen). We zullen ook spectroscopie gebruiken (onderzoek naar specifieke lichtkleuren) om de aanwezigheid van water, methaan en verschillende andere organische soorten in pluimmateriaal te detecteren. ”
Om Europa te bestuderen, zullen Villanueva en zijn collega's Europa in hoge resolutie fotograferen met de nabij-infraroodcamera (NIRCam) van de JWST. Deze zullen worden gebruikt om het maanoppervlak te bestuderen en naar hotspots te zoeken die indicatief zijn voor pluimen en geologische activiteit. Zodra een pluim is gevonden, bepaalt het team de samenstelling met behulp van Webb's nabij-infraroodspectrograaf (NIRSpec) en midden-infraroodinstrument (MIRI).
Voor Enceladus zal het team de moleculaire samenstelling van de pluimen analyseren en een brede analyse van de oppervlaktekenmerken uitvoeren. Vanwege zijn kleine formaat is een hoge resolutie van het oppervlak niet mogelijk, maar dit zou geen probleem moeten zijn sinds de Cassini orbiter bracht al een groot deel van zijn oppervlakteterrein in kaart. Alles verteld, Cassini heeft de afgelopen 13 jaar het Saturnus-systeem bestudeerd en zal op 15 september de “Grande Finale” -fase van zijn missie afronden.
Deze onderzoeken zullen hopelijk het bewijs vinden van organische handtekeningen in de pluimen, zoals methaan, ethanol en ethaan. Om eerlijk te zijn, er zijn geen garanties dat de waarnemingen van de JWST samenvallen met de pluimen van deze manen, of dat de emissies voldoende organische moleculen bevatten om detecteerbaar te zijn. Bovendien kunnen deze indicatoren ook worden veroorzaakt door geologische processen.
Desalniettemin zal de JWST zeker bewijzen leveren waarmee wetenschappers de actieve regio's van deze manen beter kunnen karakteriseren. Er wordt ook verwacht dat het locaties zal kunnen lokaliseren die interessant zijn voor toekomstige missies, zoals NASA's Europa Clipper-missie. Deze missie, die bestaat uit een orbiter en lander, zal naar verwachting ergens in de jaren 2020 van start gaan en proberen te bepalen of Europa bewoonbaar is.
Zoals Dr. Hammel uitlegde, is de studie van deze twee "Ocean Moons" ook bedoeld om ons begrip over de oorsprong van het leven in het heelal te bevorderen:
'Men denkt dat deze twee oceaanmanen een omgeving bieden waarin het leven op het water zoals wij dat kennen kan worden ondergebracht. Op dit moment is de kwestie van het leven elders volledig onbekend, hoewel er veel gespeculeerd wordt. JWST kan ons dichter bij het begrijpen van deze potentieel bewoonbare omgevingen brengen, als aanvulling op robotachtige ruimtevaartmissies die momenteel in ontwikkeling zijn (Europa Clipper) en mogelijk voor de toekomst gepland zijn. Tegelijkertijd zal JWST de veel verder weg gelegen potentieel bewoonbare omgevingen van planeten rond andere sterren onderzoeken. Deze twee ontdekkingslijnen - lokaal en ver weg - stellen ons in staat aanzienlijke vooruitgang te boeken in de zoektocht naar leven elders. '
Eenmaal ingezet, zal de JWST de krachtigste ruimtetelescoop zijn die ooit is gebouwd, vertrouwend op achttien gesegmenteerde spiegels en een reeks instrumenten om het infrarode universum te bestuderen. Hoewel het niet bedoeld is om de Hubble-ruimtetelescoop te vervangen, is het in veel opzichten de natuurlijke erfgenaam van deze historische missie. En er wordt zeker verwacht dat het zal uitbreiden op veel van de grootste ontdekkingen van Hubble, niet de minste hier in het zonnestelsel.
Bekijk zeker deze video over de soorten spectrografische gegevens die de JWST de komende jaren zal leveren, met dank aan NASA:
