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

Als sich letztes Jahr Weihnachten näherte, versammelten sich Astronomen und Weltraumfans auf der ganzen Welt, um den mit Spannung erwarteten Start des James-Webb-Weltraumteleskops zu beobachten. Obwohl das Teleskop ein wundersames Stück Ingenieurskunst war, war es nicht ohne Kontroversen – von weit über dem Budget und hinter dem Zeitplan bis hin zur Benennung nach einem ehemaligen NASA-Administrator, der beschuldigt wurde Homophobie.

Trotz der Debatten über die Benennung und Geschichte des Teleskops ist eines in diesem Jahr überdeutlich geworden – die wissenschaftlichen Fähigkeiten des JWST sind bemerkenswert. Mit Beginn seines wissenschaftlichen Betriebs im Juli 2022 hat es Astronomen bereits ermöglicht, neue Ansichten zu gewinnen und Geheimnisse über eine Vielzahl von Weltraumthemen aufzudecken.

Das dringendste Ziel von JWST ist eines der ehrgeizigsten Projekte in der jüngeren Geschichte der Astronomie: einen Rückblick auf einige der ersten Galaxien zu werfen, die sich bildeten, als das Universum noch ganz neu war.

Da das Licht Zeit braucht, um von seiner Quelle zu uns hier auf der Erde zu gelangen, können Astronomen durch den Blick auf extrem entfernte Galaxien tatsächlich in die Vergangenheit blicken, um die frühesten Galaxien zu sehen, die vor mehr als 13 Milliarden Jahren entstanden sind.

Obwohl es gab einige Debatte unter Astronomen über die Genauigkeit einiger der ersten Entdeckungen von frühen Galaxien – das Instrument von JWST war nicht vollständig kalibriert worden, also gab es einen gewissen Spielraum darüber, wie genau das Alter der entferntesten Galaxien war – neuere Erkenntnisse haben die Idee gestützt, dass JWST es entdeckt hat Galaxien aus den ersten 350 Millionen Jahren nach dem Urknall.

Das macht sie zu den frühesten Galaxien, die jemals beobachtet wurden, und sie hatten einige Überraschungen auf Lager, zum Beispiel waren sie viel heller als erwartet. Das bedeutet, dass wir noch mehr darüber lernen müssen, wie sich Galaxien im frühen Universum bilden.

Diese frühen Galaxien werden mithilfe von Umfragen und identifiziert Deep-Field-Bilder, die Webb verwenden, um große Bereiche des Himmels zu betrachten, die auf den ersten Blick leer aussehen könnten. Diese Gebiete haben keine hellen Objekte wie Planeten des Sonnensystems und befinden sich außerhalb des Zentrums unserer Galaxie, sodass Astronomen in die Tiefen des Weltraums blicken können, um diese extrem weit entfernten Objekte zu entdecken.

JWST konnte zum ersten Mal Kohlendioxid in der Atmosphäre eines Exoplaneten nachweisen und entdeckte kürzlich auch eine Vielzahl anderer Verbindungen in der Atmosphäre des Planeten 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 Erlernen der Atmosphäre von Exoplaneten ist entscheidend, wenn wir jemals erdähnliche Planeten finden und nach Leben suchen wollen. Tools der vorherigen Generation können Exoplaneten identifizieren und grundlegende Informationen wie ihre Masse oder ihren Durchmesser und die Entfernung, die sie von ihrem Stern umkreisen, bestimmen. Aber um zu verstehen, wie es wäre, auf einem dieser Planeten zu sein, müssen wir etwas über ihre Atmosphäre wissen. Mit Daten von JWST können Astronomen weit über unser Sonnensystem hinaus nach bewohnbaren Planeten suchen.

Es sind nicht nur ferne 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 den Blick in den Infrarotbereich konnte JWST Merkmale wie Jupiters Polarlichter und eine klare Sicht auf seinen Großen Roten Fleck erkennen. Und die hohe Genauigkeit des Teleskops bedeutete, dass es kleine Objekte sogar gegen die Helligkeit der Planeten sehen konnte, wie zum Beispiel die selten gesehenen Ringe von Jupiter. Es machte auch das klarste Bild von Neptuns Ringen seit mehr als 30 Jahren.

Eine weitere große Untersuchung, die JWST in diesem Jahr durchführte, betraf den Mars. Der Mars ist der am besten untersuchte Planet außerhalb der Erde und hat im Laufe der Jahre zahlreiche Rover, Orbiter und Lander beherbergt. Das bedeutet, dass Astronomen seine atmosphärische Zusammensetzung ziemlich gut verstehen und beginnen, etwas über sein Wettersystem zu lernen. Der Mars ist auch für ein empfindliches weltraumgestütztes Teleskop wie das JWST besonders schwer zu untersuchen, weil er so hell und so nah ist. Aber diese Faktoren machten es zum perfekten Testgelände, um zu sehen, wozu das neue Teleskop fähig war.

JWST verwendet sowohl seine Kameras als auch seine Spektrographen um den Mars zu untersuchen und die Zusammensetzung seiner Atmosphäre zu zeigen, die fast perfekt mit dem erwarteten Modell aus aktuellen Daten übereinstimmte, was zeigt, wie genau die Instrumente von 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 an sich ansammeln und kollabieren, um beispielsweise Protosterne zu bilden, aber wie genau das passiert, muss noch erforscht werden. Sie lernen auch die Regionen kennen, in denen Sterne entstehen, und warum Sterne dazu neigen, sich in Gruppen zu bilden.

JWST ist besonders nützlich, um dieses Thema zu untersuchen, da seine Infrarotinstrumente es ihm ermöglichen, durch Staubwolken zu schauen, um in Regionen zu sehen, in denen Sterne entstehen. Aktuelle Bilder zeigen die Entwicklung von Protosternen und die Wolken, die sie abwerfen, und blicken in Regionen intensiver Sternentstehung, wie die berühmte Säulen der Schöpfung im Adlernebel. Durch die Abbildung dieser Strukturen in verschiedene Wellenlängenkönnen JWST-Instrumente verschiedene Merkmale von Staub und Sternentstehung erkennen.

Apropos Säulen der Schöpfung: Eines der größten Vermächtnisse von JWST im Bewusstsein der Öffentlichkeit sind die atemberaubenden Bilder des Weltraums, die es eingefangen hat. Von der internationalen Aufregung bei der Enthüllung der ersten Bilder des Teleskops im Juli bis hin zu neue Ansichten von ikonischen Sehenswürdigkeiten Wie die Pillars waren Webb-Bilder dieses Jahr überall zu sehen.

Sowie die Pracht Carina-Nebel und erstes tiefes Feldandere Bilder, die es wert sind, sich eine Minute Zeit zu nehmen, um darüber nachzudenken, sind die sternförmigen Formen des Tarantula-Nebeldie staubigen „Baumringe“ von Doppelstern Wolf-Rayet 140und das jenseitige Leuchten von Jupiter im Infrarot.

Und die Bilder kommen weiter: Erst letzte Woche wurde ein neues Bild veröffentlicht, das die zeigt hell leuchtendes Herz der Galaxie NGC 7469.

Auf ein Jahr unglaublicher Entdeckungen und viele weitere werden noch folgen.