Februar 7, 2023

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Wie das James-Webb-Weltraumteleskop die Astronomie in seinem ersten Jahr veränderte

Als sich letztes Jahr Weihnachten näherte, versammelten sich Astronomen und Weltraumbegeisterte auf der ganzen Welt, um den mit Spannung erwarteten Start des James-Webb-Weltraumteleskops mitzuerleben. Obwohl das Teleskop ein bemerkenswertes Stück Ingenieurskunst ist, war es nicht ohne Kontroversen – von Budgetüberschreitungen und Verspätung des Zeitplans bis hin zur Benennung nach einem ehemaligen NASA-Administrator, der beschuldigt wurde Homophobie.

Trotz der Kontroverse um die Benennung und das Datum des Teleskops ist dieses Jahr eines sehr deutlich geworden – die wissenschaftlichen Fähigkeiten des JWST sind bemerkenswert. Der wissenschaftliche Betrieb wurde im Juli 2022 aufgenommen und hat Astronomen bereits ermöglicht, neue Perspektiven zu gewinnen und Geheimnisse zu einer Vielzahl von Weltraumthemen zu lüften.

Das unmittelbarste Ziel des JWST ist eines der ehrgeizigsten Projekte in der modernen Geschichte der Astronomie: einige der allerersten Galaxien erneut zu besuchen, die entstanden, als das Universum völlig neu war.

Da das Licht Zeit braucht, um von seiner Quelle zu uns hier auf der Erde zu gelangen, können Astronomen beim Betrachten extrem entfernter Galaxien tatsächlich in die Vergangenheit blicken, um die ältesten Galaxien zu sehen, die vor über 13 Milliarden Jahren entstanden sind.

Obwohl er da war Einige Kontroversen Astronomen debattierten über die Genauigkeit einiger der ersten Entdeckungen früher Galaxien – das JWST-Instrument war nicht vollständig kalibriert, also gab es Spielraum bezüglich des genauen Alters der am weitesten entfernten Galaxien – neuere Ergebnisse haben die Idee unterstützt, dass das JWST Galaxien entdeckt hat aus den ersten 350 Millionen Jahren nach dem Urknall.

Das macht sie zu den ältesten jemals beobachteten Galaxien, und sie hatten einige Überraschungen, zum Beispiel waren sie viel heller als erwartet. Das bedeutet, dass es noch mehr darüber zu lernen gibt, wie sich Galaxien im frühen Universum gebildet haben.

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Diese frühen Galaxien werden mithilfe von Umfragen und identifiziert Deep-Field-Fotos, das Webb verwendet, um große Bereiche des Himmels zu betrachten, die auf den ersten Blick leer erscheinen könnten. Diese Regionen enthalten keine hellen Objekte wie die Planeten des Sonnensystems und befinden sich weit vom Zentrum unserer Galaxie entfernt, was es Astronomen ermöglicht, tief in den Weltraum zu suchen, um diese extrem entfernten Objekte zu entdecken.

JWST war zum ersten Mal in der Lage, Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachzuweisen und entdeckte kürzlich auch eine Vielzahl anderer Verbindungen in der Atmosphäre von WASP-39b, darunter Wasserdampf und Schwefeldioxid. Das bedeutet, dass Wissenschaftler nicht nur die Zusammensetzung der Atmosphäre des Planeten sehen können, sondern sie können auch sehen, wie die Atmosphäre mit dem Licht des Wirtssterns des Planeten interagiert, da Schwefeldioxid durch chemische Reaktionen mit Licht entsteht.

Das Lernen über Exoplanetenatmosphären ist entscheidend, wenn wir erdähnliche Planeten finden und nach Leben suchen wollen. Instrumente früherer Generationen konnten Exoplaneten identifizieren und grundlegende Informationen wie ihre Masse oder ihren Durchmesser und die Entfernung, die sie von ihrem Stern entfernt umkreisen, liefern. Aber um zu verstehen, wie es auf einem dieser Planeten aussehen würde, müssen wir seine Atmosphäre kennen. Mithilfe der Daten des JWST können Astronomen weit über unser Sonnensystem hinaus nach bewohnbaren Planeten suchen.

Die Ringe des Jupiter wurden vom Weltraumteleskop eingefangen.

Die Ringe des Jupiter wurden vom Weltraumteleskop eingefangen.
Bild: NASA

Es sind nicht nur die fernen Planeten, die die Aufmerksamkeit von JWST auf sich gezogen haben. Näher an der Heimat wurde JWST verwendet, um Planeten in unserem Sonnensystem zu untersuchen, einschließlich Neptun und Jupiter und wird bald auch zur Untersuchung von Uranus verwendet. Durch Blick in den Infrarotbereich war das JWST in der Lage, Merkmale wie Jupiters Aurora Borealis und eine klare Sicht auf den Großen Roten Fleck zu identifizieren. Die hohe Auflösung des Teleskops bedeutet auch, dass es kleine Objekte selbst gegen die Helligkeit von Planeten sehen kann, wie z. B. die selten gesehenen Ringe des Jupiter. Es hat auch das klarste Bild von Neptuns Ringen seit mehr als 30 Jahren aufgenommen.

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Die andere große Untersuchung von JWST in diesem Jahr war auf dem Mars. Der Mars ist der am besten untersuchte Planet außerhalb der Erde und beherbergte im Laufe der Jahre viele Rover, Orbiter und Lander. Das bedeutet, dass Astronomen die Zusammensetzung der Atmosphäre ziemlich gut verstehen und beginnen, etwas über ihr Wettersystem zu lernen. Der Mars ist auch mit einem empfindlichen Weltraumteleskop wie dem JWST schwer zu untersuchen, weil er so hell und so nah ist. Aber diese Faktoren machten es zu einem idealen Testgelände, um zu sehen, wozu das neue Teleskop fähig war.

JWST wurde verwendet Sowohl Kameras als auch Spektrumgeräte den Mars zu untersuchen und die Zusammensetzung seiner Atmosphäre zu zeigen, die fast genau dem Modell entspricht, das aus den aktuellen Daten erwartet wird, was zeigt, wie genau die Werkzeuge des JWST für diese Art von Untersuchung sind.

Ein weiteres Ziel von JWST ist es, etwas über den Lebenszyklus von Sternen zu lernen, den Astronomen derzeit in groben Zügen verstehen. Sie wissen, dass Staub- und Gaswolken Knoten bilden, die mehr Material für sie sammeln und beispielsweise zu Protosternen zusammenbrechen, aber wie genau dies geschieht, muss noch erforscht werden. Sie lernen auch die Regionen kennen, in denen Sterne entstehen, und warum Sterne dazu neigen, sich in Haufen zu bilden.

JWST ist besonders nützlich für die Untersuchung dieses Themas, da seine Infrarotinstrumente es ihm ermöglichen, durch Staubwolken zu blicken, um die inneren Regionen zu sehen, in denen Sterne entstehen. Aktuelle Fotos zeigen eine Datei Entwicklung von Protosternen Und Sie werfen die Wolken weg und suchen nach Regionen, in denen die Sterne dicht sind, wie der berühmte Stern Säulen der Schöpfung im Adlernebel. Durch die Abbildung dieser Strukturen in verschiedene WellenlängenDie Instrumente von JWST können verschiedene Merkmale der Staub- und Sternentstehung erkennen.

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Dieses Bild zeigt eine Spiralgalaxie, die von einer hellen Zentralregion dominiert wird.  Die Galaxie hat blau-violette Farbtöne mit orange-roten Regionen, die mit Sternen gefüllt sind.  Außerdem ist eine große Beugungsspitze zu sehen, die als Sternmuster über der zentralen Region der Galaxie erscheint.  Viele Sterne und Galaxien füllen die Hintergrundkulisse

NGC 7469
ESA/Webb, NASA, CSA und L. Armus,

Apropos Säulen der Kreativität: Eines der größten Hinterlassenschaften von JWST in der Öffentlichkeit sind die atemberaubenden Bilder des Weltraums, den es eingenommen hat. Von der internationalen Aufregung, als im Juli die ersten Bilder des Teleskops enthüllt wurden, bis Neue Ansichten berühmter Sehenswürdigkeiten Wie die Kolumnen waren Webbilder dieses Jahr überall zu finden.

Und auch wunderbar Carina-Nebel Und die Erstes tiefes FeldAndere Fotos, über die es sich lohnt, sich in einer Minute zu wundern, sind die sternengeschnitzten Figuren von Der TarantelnebelDusty Tree Rings aus Wolf-Rayet 140 DoppelsternUnd das Leuchten der anderen Welt Jupiter im Infrarot.

Und die Bilder kommen weiter: Erst letzte Woche wurde ein neues Foto veröffentlicht, das einen zeigt leuchtendes Herz Die Galaxie NGC 7469.

Dies ist ein Jahr voller erstaunlicher Entdeckungen und es werden noch mehr kommen.