Künstlerische Darstellung des TRAPPIST-1-Systems. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt IPAC
Am frühen Weihnachtsmorgen hielten Tausende von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt den Atem an, drückten die Daumen und sahen zu, wie das James-Webb-Weltraumteleskop – das leistungsstärkste, das jemals gebaut wurde – auf seine Millionen-Meilen-Reise aufbrach. Jetzt, wo Webb erfolgreich warhat das tückischste seiner bestanden344 Einzelfehler Stifte, die gelöst werden mussten, Riegel zum Einrasten und andere Mechanismen, die wie geplant funktionieren mussten, ist es an der Zeit, unsere Aufmerksamkeit vom Instrument selbst auf den Kosmos zu lenken. Schließlich wurde Webb gestartet, um zu erfahren, wowoher wir kamen – und um zu sehen, was es sonst noch so gibt.
Während Webb bis zum Sommer keine nützlichen Daten liefern wird, haben Forscher bereits mehr als 20.000 von Experten begutachtete Artikel veröffentlicht, in denen das Instrument selbst untersucht und diskutiert wird, wie es verwendet werden sollte.Interessante Technik | wissenschaft-x.com Ich habe mich mit den Autoren einiger der am häufigsten zitierten Artikel in Verbindung gesetzt und ihnen eine einfache Frage gestellt: Worauf freut ihr euch am meisten? Wir teilen hier ihre Antworten.
Einige Antworten wurden aus Gründen der Länge und Klarheit bearbeitet.
Der Astrophysiker Jason Kalirai ist Mission Area Executive for Civil Space am Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University. Er freut sich am meisten über neue Forschungen zu Sternhaufen.
Dies sind die Geburtsorte aller Sterne im Universum, und Webbs photometrische Präzision und Empfindlichkeit wird uns einen ersten Blick auf die gesamte Sternpopulation in diesen Systemen ermöglichen, von kleinen gescheiterten Sternen, die sich nie gebildet haben, bis hin zu den Schlacken der Sternentwicklung, die ihren Brennstoff erschöpft habenVor mehr als 10 Milliarden Jahren. Die Untersuchung dieser Systeme über eine Reihe von Umgebungen, Zusammensetzungen und Zeitaltern hinweg wird der Astrophysik neue Erkenntnisse über die Entstehung von Galaxien und ihre Sternpopulationen liefern, die zu Systemen wie unserem eigenen mit einer reichen Vielfalt an Planeten führen könnenund Leben."
Ioannis Argyriou, Postdoktorand am Institut für Astronomie der belgischen Universität KU Leuven, interessiert sich für die Entstehung einiger dieser Sterne.
Das Gas und der Staub in jungen Sonnensystemen entwickeln sich unter dem Einfluss der Schwerkraft und erzeugen dabei Gesteinsplaneten und Gasriesen. Die Eigenschaften der Urscheibe aus Materie um den Zentralstern sind eine wichtige Einschränkung für die Art der gebildeten Exoplaneten.Daher werden JWST-Beobachtungen von Protosternen, protoplanetaren Scheiben und Trümmerscheiben der Schlüssel sein, um uns zu helfen zu verstehen, welche Sonnensysteme geeignet sind, Leben zu erhalten.
Als Instrumentenwissenschaftler am MIRI-Instrument hat Argyriou ein tiefes Verständnis des Teleskops. Sein Team ist teilweise dafür verantwortlich, den Forschern dabei zu helfen, die chaotischen Daten zu verstehen, die Webb zur Erde zurücksenden wird.
Meine Aufgabe ist es sicherzustellen, dass wir verstehen, welcher Teil der Daten mit den beobachteten Himmelsquellen Exoplaneten, Sterne, entfernte Galaxien und welcher Teil mit dem Teleskop und dem inhärenten Verhalten des Instruments verbunden ist. JWST-Beobachtungen werden verrauschterdurch den thermischen Hintergrund des Teleskops vom Teleskop selbst emittierte Strahlung, durch die Bordelektronik und durch die optischen Komponenten, die das gesammelte Licht des Teleskops zu den Detektoren bringen.Interessanterweise haben wir festgestellt, dass für MIRI der bedeutendste Teil derRauschen ist direkt damit verbunden, wie die Photonen von einer beobachteten Quelle z. B. Stern oder planetarischer Nebel in den Schichten der Detektoren selbst herumspringen, obwohl es sehr kompliziert sein kann, diesen Effekt aus den Daten zu entfernen, wenn wir ihn verstehen können, es wird uns ermöglichen, die erreichbare Wissenschaft mit JWST zu neuen Höhen zu führen. Dies ist eine sehr inspirierende Aussicht für mich, da JWST eine einmalige Mission in einer Generation ist.
Der NASA-Forscher Thomas Greene und seine Kollegen werden ihre Teleskopzeit damit verbringen, eine Vielzahl von Exoplaneten kennenzulernen.
Unser Team wird über 200 Stunden damit verbringen, die Atmosphären dieser Planeten zu beobachten, die um andere Sterne herum existieren, und dabei Webbs leistungsstarke spektroskopische Fähigkeiten nutzen, um die Moleküle in ihren Atmosphären zu untersuchen. Wir werden 9 Exoplaneten beobachten, deren Größe von der Erde bis zur Größe des Jupiter reicht,über 300 Mal die Masse oder das Gewicht der Erde.Das Hubble-Weltraumteleskop hat gezeigt, dass viele Exoplaneten Wasser in ihrer Atmosphäre haben, und JWST wird uns sagen, ob sie Kohlendioxid, Methan, Ammoniak und andere Moleküle haben. Anders als Wasser, diese anderen Moleküleenthalten Kohlenstoff und Stickstoff, Elemente, die auch für das Leben wichtig sind.Diese Beobachtungen werden uns auch viel mehr Einblick in die Zusammensetzung dieser Planeten geben, ob sie ihren Muttersternen ähneln und welche chemischen Prozesse in ihrer Atmosphäre ablaufen.Wir werden auchErfahren Sie mehr über das Klima auf diesen Planeten, einschließlich der Frage, wie Winde in ihrer Atmosphäre zirkulieren und wo sich Wolken bilden und auflösen. Die kleineren Exoplaneten sind besonders beliebtinteressant, von denen einige eine mittlere Größe zwischen Erde und Neptun haben und daher anders sind als alle Planeten in unserem eigenen Sonnensystem.Unsere Beobachtungen des erdgroßen Planeten TRAPPIST-1 b werden zeigen, ob er Kohlendioxid in seiner Atmosphäre hat, wie es auf der Erde, dem Mars und der Venus in unserem eigenen Sonnensystem zu finden ist.Um das Ganze abzurunden, sind wir besonders aufgeregt, weil wir auch zum Design und Test der wissenschaftlichen Instrumente NIRCam und MIRI von JWST beigetragen haben, die wir für diese Beobachtungen verwenden werden.
Joshua Krissansen-Totton, ein NASA-Sagan-Stipendiat an der UC Santa Cruz, freut sich darauf, zum ersten Mal die Atmosphären von felsigen, erdgroßen Planeten zu sehen.
Das Hubble-Weltraumteleskop und andere bestehende Teleskope können einfach nicht sagen, ob felsige Planeten in den bewohnbaren Zonen anderer Sterne luftleer sind wie der Mond, höllische CO2-reiche Atmosphären wie die Venus besitzen oder mild und bewohnt sind wie die Erde. Allerdings mit JWST, werden wir endlich die technologische Fähigkeit haben, die atmosphärische Zusammensetzung von felsigen Exoplaneten zu messen, wenn auch nur für eine Handvoll günstiger Ziele wie die sieben Planeten im TRAPPIST-1-System.Es kann auch Jahre dauern, diese Beobachtungen durchzuführen, weil selbst fürJWST, sie werden die Grenzen ihrer Instrumente ausreizen. Aber wenn sie abgeschlossen sind, werden diese Beobachtungen aufregend sein, weil wir nicht wissen, was wir entdecken werden! Werden Gesteinsplaneten anderswo auch nur annähernd so aussehen wie die Planeten des Sonnensystems, oder bringt die Natur vielfältigere Welten hervor?als wir uns derzeit vorstellen können?Haben Planeten in der bewohnbaren Zone oft Atmosphären oder werden sie normalerweise durch harte stellare Strahlung abgestreift?Es ist sogar möglich, dass wirkönnten in diesen Exoplanetenatmosphären vorläufige Anzeichen von Leben entdecken, wie etwa reichlich vorhandenes atmosphärisches Methan, das ein potenzielles Biosignaturgas ist.Der Nachweis, dass dieses Methan von Leben und nicht von einem nicht-biologischen Prozess produziert wird, erfordert jedoch zukünftige Teleskope und neue Fähigkeiten.Nichtsdestotrotz wird JWST die erste Gelegenheit bieten, unsere Ideen darüber zu testen, wie Gesteinsplaneten funktionieren, und den ersten verlockenden Einblick in potenziell bewohnbare Welten zwischen den Sternen geben.
Victoria Meadows, Professorin für Astronomie an der University of Washington und Hauptforscherin, die die Suche der NASA nach bewohnbaren Exoplaneten leitet, interessiert sich für die Atmosphären weit entfernter Planeten, die – in gewisser Weise – der Erde ähneln. Sie wird sehr genau hinsehenbei Daten des TRAPIST-1-Systems, einem Sonnensystem, das etwa 40 Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Die sieben erdgroßen Planeten, die den winzigen Stern TRAPPIST-1 umkreisen, sind unsere besten Ziele für die Untersuchung der Atmosphären extrasolarer terrestrischer Planeten. Ein erdgroßer Planet, der vor TRAPPIST-1 vorbeizieht, kann Absorption von atmosphärischen Molekülen offenbaren, die das Sternenlicht dämpfenauf Niveaus, die JWST erkennen kann. Die beiden Planeten, die TRAPPIST-1 am nächsten sind, haben möglicherweise Ozeane verloren und dabei von Dampf, Sauerstoff oder Kohlendioxid dominierte Atmosphären zurückgelassen – oder ihre Atmosphären vollständig verloren. JWST kann wichtige atmosphärische Moleküle, einschließlich Wasser, enthüllenmit einer schwereren Form von Wasserstoff, die auf einen frühen Ozeanverlust hindeuten. Wir können auch nach Lebenszeichen in den Atmosphären der drei Planeten der bewohnbaren Zone von TRAPPIST-1 suchen. Obwohl photosynthetischer Sauerstoff extrem schwer zu entdecken sein wird, wird er von Kohlendioxid und Methan absorbiertmöglicherweise einfacher und könnte auf eine starke Freisetzung von Methan hindeuten, ein Zeichen von Leben auf der Erde.Angesichts dessen, wie wenig wir über diese Planeten wissen, wird ein CO2- und CH4-Nachweis jedoch schwierig seinschwer als definitiv lebensbedingt zu interpretieren.Trotzdem wird es spannend, mit JWST die Suche nach Leben jenseits des Sonnensystems zu beginnen!
Wird Webb den Doppelgänger der Erde finden? Oder wird er „faszinierend erdähnliche“ Planeten aufdecken? Die Forschung von Meadows – und die Arbeit von Tausenden anderer Wissenschaftler, die geduldig darauf warten, zu sehen, was Webb tun kann – wird bei der Beantwortung einiger dieser Fragen helfenFragen.
Und viele, viele mehr entfachen.