Das James Webb-Weltraumteleskop enthüllt das Universum in atemberaubender, beispielloser Klarheit.
Was sind die Aufgaben von Webb?
Darüber hinaus wird Webb das vollständigste erhalteneine Vorstellung von den Objekten der Milchstraße, nämlich von einigen der 5.000 Planeten, die in der Galaxie entdeckt wurden. Astronomen nutzen die Präzision der Lichtanalyse von Teleskopen, um die Atmosphäre zu entschlüsseln, die einige dieser nahegelegenen Welten umgibt. Die Eigenschaften ihrer Atmosphäre werden der Schlüssel zum Verständnis der Entstehung des Exoplaneten und der Frage sein, ob es Lebenszeichen auf ihm gibt.
Was ist das Problem?
MIT-MitarbeiterDas Institut führte eine neue Studie durch. Wissenschaftler spekulieren, dass die Werkzeuge, die Astronomen normalerweise zur Dekodierung von Lichtsignalen verwenden, möglicherweise nicht gut genug sind, um die Daten des neuen Teleskops genau zu interpretieren. Insbesondere Opazitätsmodelle – Werkzeuge, die anhand ihrer Eigenschaften modellieren, wie Licht mit Materie interagiert – erfordern möglicherweise eine erhebliche Neuabstimmung, um der Genauigkeit von Webbs Daten zu entsprechen.
Wenn diese Modelle nicht fertiggestellt sind, dann die EigenschaftenPlanetenatmosphären wie Temperatur, Druck und elementare Zusammensetzung können sich um eine Größenordnung unterscheiden. Das bedeutet, dass Wissenschaftler mit ihren Berechnungen fatal falsch liegen.
Abbildung des Webb-Teleskops, NASA
Es gibt einen wissenschaftlich bedeutsamen Unterschied zwischenenthält eine Verbindung wie Wasser in einer Menge von 5 % und 25 %, die moderne Modelle nicht unterscheiden können. Das Modell, das NASA-Wissenschaftler zur Entschlüsselung von Spektralinformationen verwenden, entspricht nicht der Genauigkeit und Qualität der vom James Webb Telescope erhaltenen Daten. Wie Wissenschaftler feststellten, ist es notwendig, das Problem der Opazität zu lösen.
Was ist Opazität?
Die Deckkraft ist ein Maß dafür, wie einfach es istPhotonen durchdringen das Material. Wie Sie wissen, können Photonen bestimmter Wellenlängen direkt durch ein Material dringen, absorbiert oder zurückreflektiert werden. Es hängt alles davon ab, ob und wie sie mit bestimmten Molekülen im Material interagieren. Solche Wechselwirkungen hängen auch von der Temperatur und dem Druck des Materials ab.
Das Opazitätsmodell basiert aufunterschiedliche Annahmen darüber, wie Licht mit Materie interagiert. Astronomen verwenden es, um auf der Grundlage des Spektrums des vom Material emittierten Lichts bestimmte Eigenschaften eines Materials abzuleiten. Im Kontext von Exoplaneten ermöglicht das Opazitätsmodell die Entschlüsselung der Art und des Typs Die Menge an Chemikalien in der Atmosphäre eines Planeten, basierend auf dem Licht, das von ihm reflektiert und vom Teleskop eingefangen wird.
Was ist jetzt los?
Das aktuelle moderne Opazitätsmodell,was MIT im Vergleich zu einem klassischen Sprachübersetzungstool „anständig funktioniert“. Normalerweise entschlüsselt es Spektraldaten, die von Teleskopen wie dem Hubble-Weltraumteleskop gewonnen werden.
Erstes Foto von JSWT, NASA
„Bisher ist dieser Rosetta-Stein alles„Okay“, schreiben die Wissenschaftler. Aber jetzt, da Wissenschaftler auf die „nächste Ebene“ vordringen und mit Webbs hochpräzisen Instrumenten arbeiten, wird der aktuelle Übersetzungsprozess „die wichtigen Feinheiten nicht erfassen“. Zum Beispiel solche, die einen lebensfähigen Planeten von einem unbewohnbaren unterscheiden.
Was haben die Wissenschaftler getan?
In einer neuen Studie suchten MIT-Forscher danachwelche atmosphärischen Eigenschaften das Modell erhält, wenn es angepasst wird. Ziel ist es, bestimmte Einschränkungen beim Verständnis der Wechselwirkung von Licht und Materie zu ermöglichen. Als Ergebnis erstellten Wissenschaftler acht solcher „gestörten“ Modelle.
Sie haben dann jedes Modell einschließlich auf Lagerreale Version, „synthetische Spektren“. Wir sprechen über Lichtmuster, die Wissenschaftler modelliert haben. Sie ähneln der Genauigkeit, die das James-Webb-Teleskop aufzeichnen konnte.
Was haben die Wissenschaftler herausgefunden?
Es stellte sich heraus, dass, basierend auf einigenund den gleichen Lichtspektren liefert jedes gestörte Modell großräumige Vorhersagen über die Eigenschaften der Atmosphäre des Planeten. Basierend auf ihrer Analyse kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass sie eine gewisse „Grenze der Genauigkeit“ erreichen würden, wenn bestehende Opazitätsmodelle auf die vom Webb-Teleskop erfassten Lichtspektren angewendet würden. Einfach ausgedrückt: Sie werden nicht empfindlich genug sein, um die tatsächliche Temperatur des Planeten (300 oder 600 Grad Kelvin, 26,85 °C – 326,85 °C) herauszufinden und herauszufinden, welches Gas 5 % oder 25 % der Atmosphärenschicht einnimmt.
Dieser Unterschied ist wichtig, damit Wissenschaftler die Mechanismen der Planetenentstehung eingrenzen und Biosignaturen zuverlässig identifizieren können.
Das Team fand auch heraus, dass jedes Modell auchlieferte eine „gute Anpassung“ an die Daten. Das heißt, selbst wenn das gestörte Modell die falsche chemische Zusammensetzung lieferte, erzeugte es sein Lichtspektrum. Es war nah genug, um dem Original zu "entsprechen".
Was ist das Endergebnis?
Es gibt genügend Parameter, die angepasst werden müssen, auch beim falschen Modell, um eine gute Anpassung zu erzielen. Das bedeutet, dass Sie nicht sicher wissen können, dass das Modell falsch ist.
Wissenschaftler haben mehrere Ideen dazu entwickeltVerbesserung bestehender Opazitätsmodelle. Beispielsweise sind weitere Labormessungen und theoretische Berechnungen erforderlich, um Annahmen darüber zu verfeinern, wie Licht und verschiedene Moleküle interagieren. Auch die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern unterschiedlicher Fachgebiete ist notwendig. Insbesondere zwischen Astronomen und Spektroskopiespezialisten.
Viel könnte getan werden, wenn wir genau wüssten, wie Licht und Materie interagieren.
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Hi-Tech hat Jennifers Artikel übersetzt und angepasstChus „Studie: Astronomen riskieren eine Fehlinterpretation von Planetensignalen in James Webb-Daten“, veröffentlicht in MIT News, einer Website mit Nachrichten über MIT-Forschung, Innovation und Lehre. Den Originalartikel finden Sie unter dem Link.
Umschlagillustration: Thibaut Roger, Thibaut Roger
Urheberrecht: © CC BY-NC-SA 4.0