Αυτό το άρθρο δημοσιεύθηκε αρχικά στο Η συζήτηση. Η δημοσίευση συνεισέφερε το άρθρο στο Space.com Expert Voices: Op-Ed & Insights.
Μάρτιν Μπάρστοου, Καθηγητής Αστροφυσικής και Διαστημικής Επιστήμης, Πανεπιστήμιο του Λέστερ
Αν όλα πάνε σύμφωνα με το σχέδιο, σύντομα θα μπούμε σε μια νέα εποχή της αστρονομίας. Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), το μεγαλύτερο και πιο ακριβό και πολύπλοκο διαστημικό τηλεσκόπιο που κατασκευάστηκε ποτέ, βρίσκεται τώρα στο διάστημα και κατευθύνεται προς τον τελικό του προορισμό.
Η εκτόξευση από τα 10 δισεκατομμύρια δολάρια Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb την Ημέρα των Χριστουγέννων του 2021, που αναμενόταν για πάνω από μια δεκαετία, ήταν συναρπαστική και τρομακτική για τους χιλιάδες επιστήμονες, μηχανικούς, διευθυντές και προσωπικό υποστήριξης που έφεραν την αποστολή σε αυτό το σημείο. Ως πρόεδρος του Συμβούλιο Επιστημονικού Ινστιτούτου Διαστημικού Τηλεσκοπίου, που θα διευθύνει το κέντρο επιχειρήσεων για το JWST, μοιράστηκα τη νευρικότητά τους. Το επιστημονικό δυναμικό του JWST είναι τελικά τεράστιο και θα μπορούσε να απαντήσει σε μερικές από τις μεγαλύτερες ερωτήσεις σχετικά με το σύμπαν.
Σχετίζεται με: Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb: Η μηχανική πίσω από μια «πρώτη ελαφριά μηχανή» που δεν επιτρέπεται να αποτύχει
Το μυστηριώδες πρώιμο σύμπαν
Το JWST χρεώνεται συχνά ως αντικατάσταση του Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble, αλλά θα προτιμούσα να το δω ως διάδοχο. Το Hubble λειτουργεί πλέον για περισσότερα από 30 χρόνια και μας το έχει δώσει καταπληκτική θέα του σύμπαντος και πολλές χιλιάδες επιστημονικά αποτελέσματα. Ελπίζουμε και προσδοκούμε ότι θα συνεχίσει να λειτουργεί για πολλά ακόμη χρόνια.
Όμως, ο σχετικά μικρός καθρέφτης διαμέτρου 2,4 μέτρων, σε σύγκριση με τα επίγεια τηλεσκόπια, περιορίζει την ευαισθησία και την ικανότητά του να παρατηρεί τα πιο αχνά αντικείμενα. Επίσης, αν και το Hubble έχει κάποια ικανότητα να παρατηρεί στο υπέρυθρο φως, δεν μπορεί να έχει πρόσβαση στα μήκη κύματος του φωτός από τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες. Η JWST, ωστόσο, θα μπορεί να το κάνει. Μπορεί ακόμη και να μπορεί να δει αστέρια του Πληθυσμού III (άστρα που σχηματίστηκαν από αρχέγονο υλικό από το Μεγάλη έκρηξη) που δεν έχουν δει ποτέ πριν.
Γνωρίζοντας πότε το πρώτο αστέρια σχηματίστηκαν, αμέσως μετά το Big Bang, και κατανοώντας πώς παρήγαγαν τα δομικά στοιχεία του πρώτου γαλαξίες είναι ένα σημαντικό επιστημονικό ερώτημα και ένας από τους πρωταρχικούς επιστημονικούς στόχους του JWST. Γνωρίζουμε ότι τα στοιχεία που χρειάζονται για τη ζωή και τη σύγχρονη τεχνολογία, όπως ο άνθρακας, η σιλικόνη και ο χρυσός, δημιουργήθηκαν τελικά στα πρώιμα αστέρια — αλλά προς το παρόν δεν έχουμε καλή κατανόηση του πώς συνέβη αυτό.
Η ανάγκη ανίχνευσης αχνών αντικειμένων στο μακρινό σύμπαν ήταν ένας σημαντικός μοχλός για το σχεδιασμό του παρατηρητηρίου, καθορίζοντας το μέγεθός του, την κάλυψη του μήκους κύματος και την ανάγκη να διατηρηθεί πολύ δροσερό για να ελαχιστοποιηθεί το ανεπιθύμητο φως του φόντου.
Η μελέτη των πρώτων αστέρων και γαλαξιών δεν είναι το μόνο επιστημονικό πρόγραμμα που θα εκτελέσει η JWST. Έχει σχεδιαστεί ως ένα παρατηρητήριο γενικής χρήσης στο οποίο αστρονόμοι από όλο τον κόσμο μπορούν να υποβάλουν αίτηση για χρόνο για να υποστηρίξουν την έρευνά τους. Για παράδειγμα, η παρατήρηση στο υπέρυθρο θα επιτρέψει στο JWST να δει μέσα από τα σύννεφα σκόνης που περιβάλλουν πολύ νεαρά αστέρια, τα οποία είναι αδιαφανή στο ορατό φως.
Σε αντίθεση με το Hubble, θα μπορεί να βλέπει απευθείας αστρικά φυτώρια, όπου γεννιούνται τα αστέρια και τα πλανητικά τους συστήματα. Οι παρατηρήσεις θα απαντήσουν σε ερωτήσεις σχετικά με το πώς τα σύννεφα σκόνης και αερίου καταρρέουν για να σχηματίσουν αστέρια και πώς σχηματίζονται πλανητικά συστήματα γύρω τους.
Κατοικισιμότητα εξωπλανητών
Όταν τα πρώτα σχέδια για το JWST συζητούνταν πριν από περισσότερα από 20 χρόνια, δεν ήταν γνωστοί άλλοι πλανήτες εκτός από εκείνους στον δικό μας ηλιακό σύστημα. Από τότε, οι αστρονόμοι έχουν ανακαλύψει χιλιάδες πλανήτες σε τροχιά γύρω από άλλα αστέρια στον γαλαξία μας (εξωπλανήτες). Ένα σημαντικό μέρος του προγράμματος παρατήρησης JWST θα αφιερωθεί στη μελέτη της ατμόσφαιράς τους. Η κάλυψη μήκους κύματος του JWST είναι ιδιαίτερα καλά συντονισμένη στη μελέτη μορίων σε ατμόσφαιρες εξωπλανητών και στο χαμηλό υπέρυθρο φόντο από το διάστημα, δίνοντάς του ένα σημαντικό πλεονέκτημα σε σχέση με τα τηλεσκόπια με βάση τη Γη.
Δύο τεχνικές είναι διαθέσιμα. Εκμεταλλεύεται κανείς το γεγονός ότι οι πλανήτες μπορούν να περάσουν μπροστά από το μητρικό τους αστέρι (που ονομάζεται διέλευση), δημιουργώντας μια βουτιά στο φως που βλέπουμε από αυτό. Αναλύοντας το φως, αναλυόμενο κατά μήκος κύματος, με μεγάλη ακρίβεια πριν και κατά τη διάρκεια μιας διέλευσης, μπορούμε να διερευνήσουμε την ατμόσφαιρα του πλανήτη για να αποκαλύψουμε από ποια μόρια αποτελείται. Μια άλλη τεχνική χρησιμοποιεί ένα ειδικό όργανο που ονομάζεται στεφανογράφος για να μπλοκάρει το φως από το μητρικό αστέρι για να επιτρέψει την άμεση απεικόνιση του πλανήτη και να μελετήσει την ατμόσφαιρα ή την επιφάνειά του. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει να αποκαλυφθεί εάν ένας πλανήτης είναι κατάλληλος για ζωή, ίσως να δικαιολογεί περαιτέρω έρευνα και μια μέρα στέλνοντας εκεί μίνι διαστημικούς ανιχνευτές.
Ο απώτερος στόχος είναι να βρεθεί ένας πλανήτης παρόμοια με τη Γη, αλλά θα απαιτούσε έναν πολύ τυχερό συνδυασμό περιστάσεων, επειδή είναι πιθανό να είναι σπάνιοι στην ηλιακή γειτονιά και πολύ αχνοί σε σύγκριση με το μητρικό αστέρι. Πιθανότατα, η JWST θα μελετήσει γίγαντες αερίου αρέσει Ζεύς και Κρόνος ή γίγαντες πάγου παρόμοιους με Ουρανός και Ποσειδώνας στο δικό μας ηλιακό σύστημα. Κανένα από τα γνωστά πλανητικά συστήματα δεν μοιάζει με το δικό μας, με πολλούς γιγάντιους πλανήτες σε πιο κοντινές τροχιές από τον δικό μας, και πιο ακραία θέρμανση της ατμόσφαιράς τους και πιο δυναμικές καιρικές συνθήκες.
Εκτός από τη μελέτη πλανητών εκτός του ηλιακού μας συστήματος, το JWST θα μπορεί να παρατηρεί το πλανητικό μας σύστημα. Η μεγάλη ευαισθησία του θα επιτρέψει τον εντοπισμό και τον χαρακτηρισμό του κομήτες και άλλα παγωμένα σώματα στις εξόχως απόκεντρες περιοχές του ηλιακού συστήματος. Σε μια τόσο απομακρυσμένη τοποθεσία, αυτά τα αντικείμενα παραμένουν σε μεγάλο βαθμό αμετάβλητα από το σχηματισμό τους και μπορεί να περιέχουν ενδείξεις για την προέλευση του Γη, ιδιαίτερα την πηγή του νερού του, που μπορεί να είναι αποτέλεσμα βομβαρδισμού από τέτοια σώματα νωρίς στη ζωή του.
Το JWST θα μπορεί επίσης να παρατηρεί όλους τους πλανήτες που βρίσκονται έξω από την τροχιά της Γης ήλιος, μελετώντας την ατμόσφαιρά τους και τις εποχιακές καιρικές διακυμάνσεις.
Λεπτομερή σχέδια και ιδέες για το τι θα ανακαλυφθεί είναι ουσιαστική δικαιολογία για το κόστος κατασκευής ενός φιλόδοξου τηλεσκοπίου που αλλάζει το παιχνίδι όπως το JWST. Αλλά θα υπάρξουν ανακαλύψεις που κανείς δεν μπορεί να προβλέψει. Όταν εκτοξεύτηκε το Hubble, η ιδέα των εξωπλανητών ήταν σε μεγάλο βαθμό επιστημονική φαντασία, ωστόσο η μελέτη εξωπλανητών έγινε ένα από τα κύρια καθήκοντά του. Αναρωτιέμαι τι εκπληκτική επιστήμη μας περιμένει με το JWST.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από Η συζήτηση με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το πρωτότυπο άρθρο.
Ακολουθήστε όλα τα θέματα και τις συζητήσεις του Expert Voices — και γίνετε μέρος της συζήτησης — στο Facebook και στο Twitter. Οι απόψεις που εκφράζονται είναι αυτές του συγγραφέα και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις του εκδότη.