Джеймс Уэбб: Юпитер станет одной из его первых целей

Несмотря на то, что недавно космический телескоп Джеймса Уэбба передал первое в истории изображение звезды после выравнивания зеркал, он все еще находится на стадии калибровки. Для оптимальной работы его приборы должны быть охлаждены примерно до -230 °C. Он будет полностью введен в эксплуатацию уже этим летом, и астрономы всего мира с нетерпением ждут этого. Высокая чувствительность космического аппарата, предназначенного для наблюдения в инфракрасном и части видимого спектра, позволит наблюдать галактики из самых дальних уголков Вселенной. Однако одна из его первых целей будет не так уж далека...

Для проверки возможностей телескопа и ознакомления ученых с различными инструментами было отобрано тринадцать проектов; все они должны быть выполнены в течение первых пяти месяцев работы. Большинство из них будут сосредоточены на изучении далеких галактик, межгалактической среды и массивных черных дыр. Но есть также планы проверить возможности "Джеймса Уэбба" для изучения Солнечной системы путем наблюдения за системой Юпитера.

В частности, команда проекта планирует охарактеризовать облачный слой Юпитера, ветры, авроральную активность и температурную структуру, составить карты атмосферы и поверхности двух его спутников (Ио и Ганимеда) и охарактеризовать структуру его кольцевой системы. Инфракрасные возможности "Джеймса Уэбба", особенно в среднем инфракрасном диапазоне, идеально подходят для проникновения в атмосферу планеты. Атмосфера Земли слишком турбулентна для правильной калибровки наблюдений, что добавляет неопределенность к измерениям, сделанным с Земли, на которые уже влияет фоновое инфракрасное излучение Земли.

Тот факт, что Джеймс Уэбб расположен в космосе, означает, что он свободен от помех, вызванных фоновым инфракрасным излучением, и телескоп будет передавать данные о Юпитере с беспрецедентной точностью.

Юпитер, самая массивная планета Солнечной системы, не является неизвестной для нас планетой: ее относительная близость позволила ученым собрать большое количество данных о ней за многие годы, благодаря наземным и космическим наблюдениям, а также исследовательским миссиям, таким как Galileo, которая вращалась вокруг планеты в 1995 и 2003 годах, и Juno, которая находится на орбите Юпитера с 2016 года. Однако Юпитеру еще есть что показать.

"Каждый раз, когда вы узнаете больше, остаются вещи, которые вы еще не понимаете - поэтому вам всегда нужно больше данных", — сказал Имке де Патер, астроном из Калифорнийского университета в Беркли. Еще предстоит прояснить ряд вопросов, начиная с поведения его атмосферы, особенно того, как она взаимодействует с магнитосферой. Исследователи также планируют детально изучить знаменитое Большое красное пятно - гигантский антициклон в южном полушарии планеты. "Мы будем искать сигнатуры любых химических соединений, уникальных для [Большого красного пятна]... которые могут быть источником красных хромофоров", — заявил в 2018 году Ли Флетчер, планетарный ученый из Университета Лестера и один из участников проекта "Юпитер".

Прежде всего, система Юпитера представляет собой возможность изучать различные среды в одном месте и таким образом проверить пределы возможностей телескопа; четыре инструмента на борту (NIRCam, NIRSpec, MIRI и NIRISS) будут использоваться в различных комбинациях в рамках проекта.

Планируется, что "Джеймс Уэбб" сфокусируется на Ио, третьем по величине галилеевом спутнике и ближайшем к Юпитеру, который с его более чем 400 действующими вулканами является самым геологически активным объектом в Солнечной системе. Также будет уделено время Ганимеду, крупнейшему спутнику Юпитера (и Солнечной системы), который наполовину покрыт льдом и является единственным спутником в нашей системе, имеющим магнитосферу - вероятно, созданную аналогично земной, за счет конвективных движений в его металлическом ядре.

Телескоп, который "слишком чувствителен" для близлежащих объектов

Изначально команда ставила гораздо более амбициозные цели для этого наблюдательного проекта. Но оказалось, что телескоп был слишком чувствительным, чтобы их достичь! Космический аппарат был разработан и оптимизирован в первую очередь для наблюдений за далекой Вселенной...

Планеты не излучают свой собственный свет, они только отражают свет своей звезды. Но когда дело доходит до изучения деталей (в данном случае, атмосферных слоев Юпитера, спутников или колец), отраженный свет может помешать наблюдениям - точно так же, как фотография, сделанная против света, показывает мало деталей объекта... Тем более что Юпитер особенно ярок (его средняя величина составляет -2,7). Поэтому для того, чтобы "Джеймс Уэбб" смог запечатлеть детали системы Юпитера, ученые были вынуждены изменить некоторые параметры и уменьшить поля зрения.

"В первый год научной деятельности мы ожидаем, что "Уэбб" напишет совершенно новые главы в истории нашего происхождения - формирования звезд и планет", — сказал Клаус Понтоппидан, научный сотрудник Научного института космического телескопа по проекту "Уэбб". Как объясняет ученый, возможности "Уэбба" идеально подходят для раскрытия процесса формирования звезд и планет по трем причинам: инфракрасный свет отлично виден сквозь пыль, он улавливает тепловые сигнатуры молодых звезд и планет и выявляет наличие важных соединений, таких как вода и органическая химия.

Однако, чтобы лучше понять далекие планеты, в частности, определить состав их атмосферы, полезно полностью изучить планеты нашей собственной Солнечной системы, которые будут служить своего рода эталоном. Изучение Юпитера с помощью аппарата "Джеймс Уэбб" также даст возможность разработать новые аналитические инструменты, которые могут быть использованы астрономическим сообществом для более детального изучения других планет внешней части Солнечной системы.