V-kosmose.com

Космический телескоп NASA Джеймса Уэбба исследует зарождение нашей Солнечной системы

Художественное представление космического телескопа NASA имени Джеймса Уэбба. Фото: NASA

Художественное представление космического телескопа NASA имени Джеймса Уэбба. Фото: NASA

Миллионы астероидов бродят по нашей Солнечной системе. Многие из них сосредоточены между Марсом и Юпитером в главном поясе астероидов, в то время как другая группа, известная как троянцы, следует за Юпитером. Что могут сказать эти куски камня, которые, подобно гоночным машинам, движутся по Солнечной системе, о формировании Солнечной системы? Предстоящие исследования космического телескопа NASA им. Джеймса Уэбба под руководством Эндрю С. Ривкина из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса позволят получить новые данные, которые помогут астрономам начать разгадать эти загадки.

«Что хорошего в астероидах, кроме того, что их так много?», - сказал Ривкин. «Благодаря большому их количеству, почти всегда хотя бы один из них достаточно яркий и находится в правильном месте для того, чтобы его смог наблюдать телескоп Джеймса Уэбба».

Ривкин сотрудничает с Кристиной А. Томас из Университета Северной Аризоны; Стефани Н. Милам из Центра космических полетов имени Годдарда NASA; и Хайди Хаммель, планетарный астроном и вице-президент по науке Ассоциации университетов по исследованию астрономии (AURA) в Вашингтоне, округ Колумбия, чтобы наблюдать эти астероиды в ближнем и среднем инфракрасном свете.

Программа этой команды добавит много новых наблюдений к растущему количеству исследований об астероидах и поможет им узнать больше о происхождении и составе астероидов, предоставляя подсказки истории того, как планеты перемещались в ранней Солнечной системе.

Зарождение Солнечной системы

Представьте, что наша Солнечная система сформировалась 4,6 миллиарда лет назад: вокруг нашего молодого Солнца вращался диск из газа и пыли, медленно конденсируясь и создавая небольшие объекты. Когда начали формироваться более крупные тела, такие как Юпитер и Сатурн, они собирали куски газа, становясь все больше и больше. Вскоре гравитационное влияние этих более крупных тел начало нарушать диск, создавая зазоры.

Космический телескоп NASA им. Джеймса Уэбба. Фото: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Космический телескоп NASA им. Джеймса Уэбба. Фото: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

На протяжении миллионов лет считалось, что Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун начали перемещаться от того места, где они первоначально сформировались, к своим нынешним местоположениям, продолжая формировать внутреннюю Солнечную систему и в конечном итоге запирать оставшиеся породы между Марсом и Юпитером на регулярных орбитах. По мере того как Юпитер двигался внутрь, он заставлял эти маленькие объекты возбуждаться, что означало, что они не могли так легко слиться друг с другом, чтобы в конечном итоге образовать большие тела, такие как планеты.

Эти грязные, каменистые останки - это астероиды. Ученые теперь знают, что астероиды были «строительными блоками» скалистых, внутренних планет. Некоторые сформировались ближе к Солнцу, а другие сформировались подальше, что означает, что их состав сильно варьируется. Возможно, самая интригующая деталь, которую исследователи уже узнали, состоит в том, что многие астероиды, возможно, не сформировались там, где они в настоящее время находятся на орбите.

Каменные звезды

Эта исследовательская группа планирует изучить пять известных астероидов, три в основном поясе астероидов и два троянских, в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне волн, чтобы дополнить и расширить наблюдения других миссий NASA, а также протестировать новые методы с помощью Уэбба.

Они будут наблюдать эти астероиды частично, используя ближний инфракрасный спектрограф Уэбба (NIRSpec), инструмент, который разбивает свет на составляющие его цвета, чтобы создать спектр, который исследователи будут анализировать, чтобы узнать о составе каждого объекта.

Одной из ключевых целей в главном поясе астероидов является карликовая планета, известная как Церера, которую посетил космический корабль NASA Dawn с 2015 по 2018 годы. На поверхности Цереры есть минералы, содержащие аммиак, что заставляет исследователей задуматься, образовалась ли она дальше в Солнечной системе или получила материал издалека. Получив измерения Уэбба на более длинных волнах, чем полученные Dawn, команда сможет использовать уникальный и дополнительный набор данных, чтобы проверить, верны ли предыдущие выводы о составе поверхности. В то же время наблюдения помогут установить технику наблюдения за целями, которые могут быть слишком яркими, чтобы их можно было наблюдать на этих длинах волн с помощью Уэбба. «Делая более тщательные исследования, которую мы можем сделать с этим ярким объектом, мы можем открыть двери для новых научных возможностей с телескопом Уэбба для других исследователей», - сказал Милам.

Цветной обзор Цереры, запечатленный аппаратом Dawn в 2015 году. Фото: NASA

Цветной обзор Цереры, запечатленный аппаратом Dawn в 2015 году. Фото: NASA

Паллада - второй по величине астероид в главном поясе Астероидов и кандидат в карликовые планеты, является еще одной важной целью. Из-за своей орбиты, Палладу будет очень трудно посетить с помощью космического корабля. Наблюдая за ней с помощью телескопа Уэбба, эта команда будет собирать данные о её поверхности и составе, которые иначе трудно получить. Команда также будет сравнивать измерения Паллады и другого кандидата в карликовую планету Гигею, с данными о Церере, помогая им определить сходства и различия их целей. Эти сравнения могут предложить подсказки об истории формирования этих строительных блоков внутренних планет.

Сравнительные размеры четырех крупнейших астероидов

Сравнительные размеры четырех крупнейших астероидов

Троянские цели, Патрокл и Гектор, сильно отличаются от других астероидных целей Уэбба - не только из-за их расположения вблизи Юпитера, но и потому, что у них также есть спутники. Гектор - это двоичный объект, и его спутник вращается близко. Напротив, у Патрокла и его спутника больше места между ними. «Уэбб позволит нам исследовать каждый астероид и спутник отдельно», - пояснил Ривкин. «Изучая их спутники, мы также сможем изучить, как сформировался каждый из этих двойных объектов, и сравнить эти две системы». Данные также помогут астрономам уточнить модели того, как троянские астероиды были захвачены на их текущих орбитах.

Иллюстрация, изображающая группировки астероидов в Солнечной системе.  Главный пояс астероидов лежит между Марсом и Юпитером, а троянские астероиды ведут и следуют за Юпитером. Ученые теперь знают, что астероиды были первоначальными «строительными блоками» внутренних планет. Те, что остаются, являются безвоздушными скалами, которые не смогли прилипнуть друг к другу, чтобы стать большими телами, когда Солнечная система формировалась 4,6 миллиарда лет назад. Фото: NASA, ESA and J. Olmsted (STScI)

Иллюстрация, изображающая группировки астероидов в Солнечной системе. Главный пояс астероидов лежит между Марсом и Юпитером, а троянские астероиды ведут и следуют за Юпитером. Ученые теперь знают, что астероиды были первоначальными «строительными блоками» внутренних планет. Те, что остаются, являются безвоздушными скалами, которые не смогли прилипнуть друг к другу, чтобы стать большими телами, когда Солнечная система формировалась 4,6 миллиарда лет назад. Фото: NASA, ESA and J. Olmsted (STScI)

Данные для всего научного сообщества

Группа тщательно отобрала цели программы, убедившись, что их данные улучшают данные из существующих и будущих миссий и обсерваторий. «Патрокл, например, является целью предстоящей миссии NASA Люси», - сказал Томас. «Мы также можем сравнить данные Уэбба с предыдущими данными наземных обсерваторий. Будет много дополнительных данных для изучения».

Исследуя историю этих конкретных астероидов, исследовательская группа надеется узнать больше о прошлом нашей Солнечной системы. Они подчеркивают, что Уэбб предоставляет уникальную возможность не только благодаря своей специализации на инфракрасном освещении, но и потому, что некоторые из этих целей так трудно наблюдать с другими объектами. «Уэбб позволяет нам «посещать» гораздо больше астероидов с помощью действительно высококачественных наблюдений, которые мы не можем получить с помощью телескопов на земле», - сказал Ривкин.

Обсерватория также предлагает новые научные возможности. «Уэбб откроет границу для всех ученых», - пояснил Милам. «Наши данные приведут к новым вопросам и вызовут множество новых научных идей для астрономов, которые рассматривают возможность использования Уэбба в будущем».

Наблюдаемые астероиды демонстрируют кратерные поверхности

Наблюдаемые астероиды демонстрируют кратерные поверхности

Это исследование проводится в рамках программы Webb Guaranteed Time Observations (GTO) солнечной системы во главе с Хайди Хаммель, междисциплинарным ученым Уэбба. Выделенное время GTO было предоставлено ученым, которые работали с NASA над созданием научных возможностей Уэбба на протяжении всей его разработки.

«Цель этих исследований состоит в том, чтобы убедиться, что мы не только проводим самые качественные исследования, которые мы можем, но и закладываем основу для науки, которая появится в будущем в Уэббе», - сказал Хаммель.

Космический телескоп Джеймса Уэбба станет первой в мире обсерваторией космической науки, когда он запустится в 2021 году. Уэбб будет разгадывать тайны в нашей Солнечной системе, заглядывать в далекие миры вокруг других звезд и исследовать таинственные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в нём.