چرا مشتری یکی از اولین اهداف تلسکوپ فضایی جیمز وب است؟

ستاره شناسان سراسر جهان مشتاقانه منتظر پرتاب جیمز وب، قدرتمندترین تلسکوپ فضایی جهان هستند. این تلسکوپ در 4 ژانویه 1400 به فضا پرتاب شد و روند باز شدن خود را به مرحله نهایی رساند و به مدار نهایی خود به دور خورشید رسید و آینه های خود را با دوربین اصلی خود تنظیم کرد، اما مراحلی مانند ابزارهای کالیبراسیون برای استفاده علمی هنوز باقی مانده است.

مشاهدات علمی جیمز وب در تابستان امسال آغاز می شود. در این مرحله است که همه چیز هیجان انگیزتر می شود. با توجه به حساسیت بالا و خواص فروسرخ این تلسکوپ، رصد اجرام دور به خصوص نمونه های سبک تر را که رصد آنها با تلسکوپ های فضایی فعلی مانند هابل دشوارتر است، ممکن می سازد. جیمز وب همچنین دوره جدیدی را در رصدهای نجومی رقم خواهد زد که به کشف موضوعاتی مانند شکل گیری اولین کهکشان ها و جو سیارات خارج از خورشید کمک می کند.

تکنسین های ناسا جیمز وب را با استفاده از جرثقیل بلند می کنند و آن را در اتاق تمیز مرکز فضایی گودارد ناسا در گرین بلت، مریلند قرار می دهند. جیمز وب قوی ترین تلسکوپ ساخته شده است.

سیزده پروژه برای آزمایش توانایی های تلسکوپ جیمز وب در پنج ماه اول بهره برداری انتخاب شده اند و همانطور که حدس می زنید رقابت برای اولین پروژه ها بسیار شدید بود. بیشتر پروژه ها بر روی اجرام دور مانند سیاهچاله ها و کهکشان ها تمرکز دارند. اما یک پروژه هدف مشخص تری را انتخاب کرده است: مشتری. اما چرا دانشمندان این غول گازی را انتخاب کردند؟

سیستم کامل برای بررسی

در مقایسه با سیارات دوردست فراخورشیدی و حتی دورترین غول های یخی در منظومه شمسی، ستاره شناسان اطلاعات زیادی در مورد مشتری دارند. ما همچنین به لطف مشاهدات تلسکوپ های زمینی و مأموریت های فضایی مانند گالیله که تا سال 2003 در مدار مشتری بود و کاوشگر جونو که هنوز در مدار است، اطلاعات زیادی در مورد بزرگترین جهان در منظومه شمسی داریم. . . اما مانند هر تحقیق علمی، هر داده مشتری که به دست می آوریم می تواند به پاسخ های بیشتری منجر شود. به گفته Emke Dipater، ستاره شناس برکلی و رئیس تیم رصد مشتری:

تاکنون با چندین کاوشگر به مشتری سفر کرده ایم. ما همچنین سیاره را با تلسکوپ فضایی هابل و تعداد زیادی تلسکوپ زمینی در طول موج های مختلف طیف الکترومغناطیسی (از طول موج های فرابنفش تا نور) مورد مطالعه قرار دادیم. در نتیجه، ما چیزهای زیادی در مورد سیاره، جو آن، ساختار درونی آن و همچنین قمرها و حلقه های آن یاد گرفتیم. اما هر چه داده های بیشتری به دست آورید، چیزهای بیشتری برای یادگیری وجود دارد.

تلسکوپ جیمز وب پس از پرتاب

برخی از بزرگترین سوالات در مورد مشتری به جو مربوط می شود. برای مثال، چگونگی انتقال گرما بین لایه‌های مختلف جو و نحوه تعامل جو سیاره با مگنتوسفر آن. دانشمندان در حال مشاهده جزئیاتی مانند لکه قرمز بزرگ (یک طوفان بزرگ و متلاطم که به اندازه یک نقطه بزرگ به اندازه زمین دیده می شود) و قطب جنوب سیاره (با نورهای شمالی برجسته) هستند. آنها همچنین منظومه قمری مشتری، از جمله حلقه ها و قمرهای آیو و گانیمد را مطالعه می کنند.

هر یک از این اهداف به نوبه خود بسیار جذاب هستند. برای مثال آیووا آتشفشانی ترین نقطه منظومه شمسی است و گانیمد تنها قمر شناخته شده ای است که مغناطیس کره خود را تولید کرده است. به طور کلی، منظومه مشتری مکانی ایده آل برای آزمایش محدودیت ها و قابلیت های تلسکوپ جیمز وب است.

از مادون قرمز استفاده کنید

تیم پاتر از ویژگی‌های فروسرخ تلسکوپ برای کمک به یادگیری موضوعات پیچیده استفاده می‌کند و به دانشمندان اجازه می‌دهد تا نگاه عمیق‌تری به جو مشتری داشته باشند. این ویژگی ها امکان کاوش فضای مشتری را فراتر از طیف نور مرئی فراهم می کند. به گفته دی پاتر:

ابرها را می توان در طیف نور مرئی مشاهده کرد. اما در طیف مادون قرمز، قسمت بالایی ابرها و قسمت پایینی ابرها نیز از روی طول موج قابل بررسی است. در طول موج های مختلف می توانید ارتفاعات مختلف جو را بر اساس شفافیت جو مشاهده کنید. به عنوان مثال، مقدار نور جذب شده در یک طول موج معین نشان می دهد که چقدر می تواند به سیاره نفوذ کند.

طول موج های فروسرخ مخصوصاً برای تحقیق مفید هستند و می توان آنها را با ابزار وب مادون قرمز میانی یا MIRI مشاهده کرد. به گفته دی پاتر:

طول موج های مادون قرمز متوسط ​​بیشترین مزیت را دارند. ما می توانیم برخی از این طول موج ها را از زمین مشاهده کنیم، اما جو زمین آنقدر متلاطم است که نمی توانیم مشاهدات خوبی انجام دهیم.

مشاهدات زمین مادون قرمز با مشکلاتی مانند موانع جوی همراه است. اما با تلسکوپ فضایی مانند جیمز وب، هیچ مانعی وجود ندارد و نور پس زمینه کمتری وجود دارد. در نتیجه داده های جمع آوری شده دقیق تر خواهند بود. علاوه بر این، تلسکوپ وب دارای ثبات فوق العاده ای است و به لطف موقعیت یابی دقیق خود در فضا، می تواند بدون نوسان به یک هدف خاص اشاره کند. همه اینها به این معنی است که تلسکوپ می تواند دقیق ترین داده های مشتری را جمع آوری کند.

تست محدودیت های شبکه

به گفته Depoter، هنگام ارزیابی پیشنهادات برای استفاده از تلسکوپ جیمز وب، کمیته اولویت پروژه ها و استفاده از تلسکوپ را تعیین می کند. دیپارتر گفت: «آنها به دنبال پروژه‌هایی هستند که بیشترین بهره را از جیمز وب ببرند.

دانشمندان از هر چهار ابزار موجود در وب تلسکوپ در ترکیب های مختلف برای اهداف مختلف در منظومه مشتری برای مطالعه عملکردهایی مانند آتشفشان ها، حلقه ها و جو سیاره استفاده می کنند. طرح اصلی رصد مشتری مطالعه حلقه ها و قمرهای آیو و گانیمد بود. اما چند سال پس از تایید طرح اولیه، یک مشکل غیر منتظره به وجود آمد. حساسیت تلسکوپ برای بسیاری از برنامه ریزی های مرتبط با مشتری بسیار زیاد بود، اما دانشمندان امیدوار بودند که داده های ارزشمندی به دست آورند. بنابراین راه حل هایی پیدا کردند. معیارهای تغییر یافته مانند فیلترهای قابل استفاده برای زوایای دید کوچکتر.

چرا نظرات مشتریان چالش برانگیز است

این مشکل که تلسکوپ بیش از حد حساس است ممکن است غیر منطقی به نظر برسد. اما می توان آن را با عکس گرفتن زیر نور خورشید مقایسه کرد. در این حالت، تمام رنگ ها ناپدید می شوند و همه چیز سفید به نظر می رسد، بنابراین دیدن جزئیات دشوار است. نور دریافتی از خورشید بسیار درخشان است و با نورپردازی شدید تصویری ایجاد می کند.

هنگام مطالعه اجرام نجومی نیز همین اتفاق می افتد. سیارات در مقایسه با ستاره ها نور زیادی ساطع نمی کنند. زیرا آنها نور خود را ندارند، اما نور ستاره های خود را منعکس می کنند. بنابراین، سیارات به طور کلی نور کمتری نسبت به ستارگان دارند. اما هنگامی که به جزئیات کوچک نگاه می کنیم یا حتی به دنبال اجرام کوچکتر مانند ماه ها و حلقه ها می گردیم، نور سیاره ای می تواند در جمع آوری داده ها اختلال ایجاد کند.

به طور مشابه، چالش کاوش قمرهای مشتری یا برقراری تماس با تلسکوپ جیمز وب است. مشتری یکی از درخشان ترین اجرام در آسمان شب است، بنابراین رصد آن کار ساده ای نیست. خوشبختانه، اخترشناسان تجربه گسترده ای در رصد حلقه های سیاره ای با ابزارهای دیگر مانند تلسکوپ فضایی هابل دارند. دی پاتر می گوید: «ما از تجربیات گذشته برای مشاهده جیمز وب استفاده می کنیم. محققان همچنین حلقه ها را در زوایای مختلف مشاهده می کنند. با این کار می توانید نحوه پخش شدن نور روی حلقه ها را مشاهده کنید و سپس این نور را کاهش دهید تا نور حلقه ها باقی بماند.

سیارات منظومه شمسی و فراتر از آن را کاوش کنید

استفاده از تلسکوپ وب برای بررسی مشتری تنها راه آزمایش قابلیت های این تلسکوپ جدید نیست. زیرا مطالعه سیارات در منظومه شمسی می تواند به درک سیارات فراخورشیدی یا سیارات فراخورشیدی کمک کند. یکی از اهداف بزرگ علمی شناخت سیاره فراخورشیدی فراتر از شناسایی ساده سیاره و تخمین اندازه یا جرم آن و دستیابی به درک کامل تری از ویژگی های جوی این سیاره است. درک سیارات در منظومه های دوردست نیز به درک سیارات منظومه شمسی کمک می کند. تلسکوپ وب جو غول های گازی دوردست را مطالعه خواهد کرد و سپس می توانیم این داده ها را با دانش خود از جو زحل و مشتری مقایسه کنیم.

علاوه بر این، تیم دی پاتر از تلسکوپ وب برای مطالعه مشتری با توسعه مجموعه‌ای از ابزار استفاده می‌کند که سایر اعضای جامعه نجومی می‌توانند از آن برای مطالعه سایر سیارات منظومه شمسی استفاده کنند. آنها همچنین بینشی در مورد ویژگی های وب مانند کاوش در سیارات دورتر مانند اورانوس و نپتون ارائه می دهند. به گفته دی پاتر:

تیم ما نرم افزاری را توسعه می دهد که می توانیم نه تنها برای مشتری، بلکه برای اورانوس و نپتون نیز استفاده کنیم. ما همچنین می توانیم انتظارات را بر اساس مشاهدات نشان دهیم. این نتایج مطمئنا مفید خواهد بود.