JWST będzie badał „wodne światy” Układu Słonecznego

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie wykorzystywał swoje możliwości obserwowania w zakresie podczerwonym do badania „wodnych światów” takich jak Europa czy Enceladus, wzbogacając korpus danych zebranych wcześniej przez sondy Galileo i Cassini. Obserwacje prowadzone za pomocą JWST będą pomocne przy planowaniu przyszłych misji do lodowych księżyców.

Możliw wyniki badań spekroskopowych jednego z gejzerów Europy. To przykład danych jakich dostarczyć będzie w stanie JWST. Źródło: NASA-GSFC/SVS, HST, Stefanie Milam, Geronimo Villanueva

Europa i Enceladus znajdują się na liście celów wybranych przez obserwatorów na JWST, którzy już mają zagwarantowany czas obserwacyjny – to naukowcy, którzy pomagali w stworzeniu teleskopu i dlatego też będą pośród pierwszych osób, które wykorzystają go do obserwowania Wszechświata. Jednym z celów naukowych teleskopu jest badanie planet, które mogą rzucić nowe światło na początki życia, ale nie oznacza to tylko planet pozasłonecznych; teleskop Webba będzie także w stanie odsłonić nam wiele tajemnic wciąż skrywanych przez obiekty Układu Słonecznego.

Geronimo Villanueva, planetolog z NASA Goddard Space Flight Center w Greenbelt jest głównym naukowcem, który będzie prowadził obserwacje Europy i Enceladusa za pomocą teleskopu Webba. Jego zespół stanowi element większego planu badania naszego Układu Słonecznego za pomocą JWST, któremu przewodzi astronomka Heidi Hammel. NASA wybrała Hammel na interdyscyplinalnego naukowca teleskopu Webb w 2002 roku.

Wizja artystyczna przedstawiająca przekrój przez skorupę Enceladusa w miejscu aktywności hydrotermalnej prowadzącej do gejzerów wody wydostających się na powierzchnię księżyca. Źródło: NASA-GSFC/SVS, NASA/JPL-Caltech/Southwest Research Institute

Szczególnie interesujące dla naukowców są gejzery wody tryskający z powierzchni Enceladusa i Europy, a zawierające mieszaninę pary wodnej i prostych związków organicznych. Sondy Cassini-Huygens, Galileo oraz Kosmiczny Teleskop Hubble’a już wcześniej zbierały informacje o tych dżetach, które są wynikiem procesów geologicznych ogrzewających potężne oceany podpowierzchniowe. „Wybraliśmy te dwa księżyce ponieważ potencjalnie są one szczególnie interesujące z punktu widzenia astrobiologii”, mówi Hammel.

Villanueva wraz ze swoim zespołem planuje wykorzystać kamerę NIRCam (obserwującą w bliskiej podczerwieni) do wykonania wysokiej rozdzielczości zdjęć Europy, które następnie wykorzystają do badania powierzchni księżyca i do poszukiwania gorących obszarów powierzchni wskazujących na aktywność gejzerów i aktywne procesy geologiczne. Po zlokalizowaniu gejzeru badacze wykorzystają NIRSpec (spektrograf w bliskiej podczerwieni) oraz MIRI (instrument obserwujący w średniej podczerwieni) do spektroskopowej analizy składu chemicznego gejzerów.

Obserwacje za pomocą teleskopu Webba mogą być szczególnie przydatne w przypadku gejzerów Europy, których skład chemiczny wciąż pozostaje w dużej mierze nieznany. „Czy są to gejzery lodu wodnego? Czy uwalniana jest gorąca para wodna? Jaka jest temperatura aktywnych obszarów i tryskającej wody”? pyta Villanueva. „JWST pozwoli nam zmierzyć te cechy z niespotykaną dotąd dokładnością i precyzją”.

W przypadku Enceladusa, z uwagi na fakt, że księżyc jest niemal 10 razy mniejszy niż Europa z lokalizacji Webba, wykonanie zdjęć wysokiej rozdzielczości nie będzie możliwe. Niemniej jednak, teleskop może wciąż badać skład chemiczny gejzerów Enceladusa i wykonywać szeroką analizę jego cech powierzchniowych. Większa część powierzchni księżyca została już sfotografowana przez sondę Cassini, która od 13 lat bada Saturna i jego księżyce.

Villanueva zastrzega jednak, że choć on i jego zespół planuje wykorzystać NIRSpec do poszukiwania sygnatur organicznych (takich jak metan, metanol i etan) w gejzerach obu księżyców, nie ma żadnej gwarancji, że będą w stanie zgrać obserwacje za pomocą JWST z momentem wystąpienia erupcji. Nie ma także pewności czy owe gejzery będą miały wyraźny organiczny skład chemiczny. „Zakładamy, że uda nam się zaobserwować gejzery, jeżeli będą szczególnie aktywne i bogate w materię organiczną”.

Dowody na ślady życia w gejzerach mogą także okazać się pozorne. Villanueva tłumaczy, że choć nierównowaga chemiczna w gejzerach (nieoczekiwania obfitość lub brak określonych związków chemicznych) mogą wskazywać na naturalne procesy biologiczne, to mogą one być także spowodowane przez naturalne procesy geologiczne.

Choć JWST może nie być w stanie odpowiedzieć nam na pytanie czy podpowierzchniowe oceany obu księżyców pełne są życia, to może nam pozwolić na zlokalizowanie i lepsze scharakteryzowanie aktywnych obszarów powierzchni. Przyszłe misje, takie jak Europa Clipper, której głównym celem jest określenie czy Europa posiada warunki sprzyjające powstaniu życia, mogą wykorzystać dane z Webba do zlokalizowania najlepszych obszarów powierzchni księżyca do obserwacji.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) stanowi naukowe uzupełnienie Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Będzie to najsilniejszy teleskop kosmiczny w historii. JWST to międzynarodowy projekt realizowany przez NASA przy współpracy ESA i Kanadyjskiej Agencji Kosmicznej.

Źródło: NASA