Wat de gigantische James Webb-telescoop zal zien dat Hubble niet kan zien

Astronomen zoals Kristen Chen zijn enthousiast over de aanstaande lancering van de James Webb Space Telescope.

Het instrument is 10 miljard dollar waard, Half zo groot als een 737 Gevuld met vergulde spiegels, zal het een miljoen mijl van de aarde cirkelen en naar plaatsen gaan die de mensheid nog nooit eerder heeft gezien. Dit omvat enkele van de De eerste sterren ooit, verre sterrenstelsels en buitenaardse planeten in het heelal.

“Het is echt cool”, riep Chen, een astronoom bij Ruimtetelescoop Wetenschapsinstituut, een organisatie die de James Webb Space Telescope of JWST zal exploiteren.

De verwachte lancering van het instrument is gepland voor 18 december 2021, hoewel de telescoop de afgelopen maanden vaak in het nieuws is geweest om redenen die geen verband houden met zijn wetenschappelijke inspanningen. NASA noemde de prachtige machine James Webb, de NASA-commandant in de jaren zestig die toezicht hield op het agentschap in een tijd dat de federale regering… Ze vervolgden en verdreven LGBTQ-medewerkers Van NASA en andere afdelingen. Het was een beschamende periode in de Amerikaanse geschiedenis genaamd “tulpen bangOp dit moment zei NASA dat: U behoudt het JWST-merkteken Na het vinden van geen bewijs op het web “calls to change the name”.

De JWST, die in de jaren negentig oorspronkelijk de “ruimtetelescoop van de volgende generatie” werd genoemd, zal zich bij de legendarische Hubble-ruimtetelescoop voegen bij het vastleggen van heldere beelden van het universum vanuit de ruimte. Hubble is een wetenschappelijke schat. In de afgelopen drie decennia heeft de Hubble-telescoop een baan van 340 mijl boven de aarde gemaakt Ongekende prachtige uitzichten op het heelal en sterrenstelsels, En planeten. JWST is echter geen vervanging voor Hubble-veroudering. JWST is een opvolger, met andere en geavanceerde mogelijkheden.

Dit is wat JWST is, en uiteindelijk Jij bent, zal hij zien dat Hubble dat niet kan.

In het diepe verleden kijken

Telescopen met grote spiegels kunnen vage objecten zien. Grote spiegels vangen namelijk meer licht op. Stel je lichtdeeltjes voor als pingpongballen en telescoopspiegels als een emmer. De Hubble-spiegel heeft een diameter van ongeveer acht voet, terwijl de JWST-spiegel veel groter is, met een diameter van meer dan 21 voet.

“Je zult meer pingpongballen verzamelen”, legt Jean Creighton, astronoom en planetariumdirecteur Manfred Olson van de Universiteit van Wisconsin-Milwaukee uit.

Het vastleggen van meer licht is van cruciaal belang voor het observeren van de oudste sterren en sterrenstelsels die zich meer dan 13 miljard jaar geleden in het universum hebben gevormd. De Het heelal breidt zich voortdurend uit, wat betekent dat het sinds zijn gewelddadige opvoeding voortdurend is gegroeid of uitgebreid ( “de grote explosie”), dus het licht van deze oude delen van het universum is heel, heel, heel ver weg (miljarden lichtjaren). Het verste licht verliet de sterren miljarden jaren geleden, dus het observeren van dit licht is alsof je in het diepe, diepe verleden kijkt.

‘We kijken terug in de tijd,’ zei Chen. (Zelfs als we naar onze ster kijken – met bescherming – We kijken ook naar het verleden; Hij zij Het duurt meer dan acht minuten totdat het zonlicht de aarde bereikt.)

“We kijken terug in de tijd.”

We zullen ongekende dingen zien.

“We zullen de eerste sterren en sterrenstelsels zien die ooit zijn gevormd”, zei Creighton. “Dat konden we niet doen met Hubble.”

Maatvergelijking tussen de JWST-spiegel en de Hubble-spiegel.
tegoed: NASA

Hubble kan een zwak licht zien dat ongeveer een miljard jaar oud is. Als alles volgens plan verloopt, zal JWST licht zien dat ongeveer 13,7 miljard jaar oud is, toen de eerste sterren en planeten zich begonnen te vormen.

de sluier oplichten

Hubble kijkt grotendeels naar het licht dat mensen kunnen zien (ook bekend als “zichtbaar licht”). Maar er zijn veel soorten licht die onze ogen kunnen kan niet zien. JWST is gespecialiseerd in het monitoren van een van deze, genaamd “Infrarood, waardoor astronomen een veel groter aantal sterren en planeten kunnen zien.

Hoe is dat?

Het heelal is gevuld met dikke, rookachtige wolken van stof en gas. “Dit verduistert dingen”, legt Jason Stephen uit, een assistent-professor natuurkunde aan de Universiteit van Nevada, Las Vegas, die naar planeten buiten ons zonnestelsel zoekt (ook bekend als exoplaneten).

Til de sluier op.

Maar infrarood licht kan door dikke stofwolken heen sijpelen. Infrarood langer golflengten van zichtbaar licht, dus lichtgolven worden niet veel verstrooid (en worden verduisterd door) deeltjes in het universum. Langere golflengten, waarvan de pieken en dalen uit elkaar liggen, zullen minder snel botsen met deeltjes in de ruimte.

De onderstaande beeldvergelijking, gemaakt door Hubble, laat zien hoe infrarood licht door kosmisch stof glijdt. Dit is de Carinanevel, een oogverblindende wolk van stof en gas. Het infraroodbeeld van de Hubble-telescoop onthult veel sterren die zich achter het stof verbergen.

‘Ze licht de sluier op,’ zei Creighton.

De Carinanevel wordt gezien in zichtbaar (links) en infrarood (rechts) licht.
Credit: ASA/ESA/M. Livio/Hubble 20th Anniversary Team (STScI)

Verschillende golflengten van licht, inclusief zichtbare en infrarode lichtgolven.
tegoed: NASA

Bovendien wordt het bekijken van sterrenstelsels en verre sterren veel gemakkelijker (of soms zelfs mogelijk) gemaakt door ze in infrarood licht te zien. Zoals eerder beschreven, Het heelal breidt zich voortdurend uit, en het licht dat door het universum reist, breidt zich ook uit. “Als je naar een ver sterrenstelsel kijkt, is dat licht uitgerekt”, legt Stephen uit. De golflengten van licht worden langer.

het is een probleem. “Dit kan verre objecten erg zwak (of onzichtbaar) maken op zichtbare golflengten van licht, omdat dit licht ons bereikt als infrarood licht,” NASA schrijft:. Maar de infraroodvizieren van JWST maken het onzichtbare zichtbaar.

super aarde

Er zijn maar weinig dingen in het universum die opwindender zijn dan de buitenste planeten. Sommige van deze planeten zijn bekend, zoals “super aarde“Onze planeet is twee tot tien keer zo groot als onze planeet en kan bewoonbare rotsachtige omgevingen bevatten, of zelfs water. JWST zal een aanzienlijke hoeveelheid tijd besteden aan het bekijken van exoplaneten in andere sterrenstelsels. (Voor JWST zullen deze planeten verschijnen als stippen , Niet de grote gekleurde planeten.)

NASA heeft dit al bevestigd Meer dan 4.500 exoplaneten gevonden in het heelal. Maar aangezien JWST door stofwolken kan turen, verwacht astronoom Chen meer te vinden.

Tekening die de aarde toont in contrast met het concept van “super-aarde” 55 Cancri e.
Bron: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC)

Cruciaal is dat JWST eenvoudigweg de aanwezigheid van exoplaneten niet zal detecteren. Hij zal hun atmosfeer analyseren. telescoop Hij houdt een instrument vast dat een spectrometer wordt genoemd Het kan onthullen wat de deeltjes zijn, gebaseerd op hoe licht ermee in wisselwerking staat. (Licht dat bijvoorbeeld door waterdamp of zuurstof gaat, gedraagt ​​zich op bepaalde, bekende manieren.)

zelfs een Relatief oninteressant spectroscopisch beeld Het kan nuttiger zijn voor astronomen dan een geweldige foto. “Er is veel informatie beschikbaar”, legt Creighton uit. “Het geeft veel meer informatie dan een mooie foto.”

Van bijzonder belang voor wetenschappers De zeven bekende rotsplaneten draaien om de ster TRAPPIST-1, 40 lichtjaar (235 biljoen mijl) van de aarde. James Webb kan een rotsachtige planeet ontdekken met hints van mogelijk leven in de atmosfeer, zoals zuurstof, algen en planten die onze lucht inademen.

Voordat een van deze kosmologieën begint, heeft JWST echter een grote, zo niet zware, reis voorwaarts.

Na het lanceren van een knagende (de buitengewoon kostbare robotlading), moet JWST de reis van een miljoen mijl door de ruimte maken. De dicht opeengepakte zeshoekige spiegels moeten zich goed ontvouwen, wat: Zonnekleppen ter grootte van een tennisbaan Het zou zich moeten ontvouwen zoals gepland. En in tegenstelling tot Hubble kunnen astronauten niet de ruimte in lanceren en eventuele problemen met de zeer verre telescoop oplossen.

Een lancering doemt op in de astronomische wereld. ‘Iedereen kruist zijn vingers,’ zei Stephen.