James Webb -avaruusteleskooppi paljastaa maailmankaikkeuden hämmästyttävällä, ennennäkemättömällä selkeydellä.
Mitkä ovat Webbin tehtävät?
Lisäksi Webb saa täydellisimmänidea Linnunradan objekteista, nimittäin joistakin galaksista löydetyistä 5 000 planeetasta. Tähtitieteilijät käyttävät teleskoopin valoanalyysin tarkkuutta tulkitakseen joitain näitä läheisiä maailmoja ympäröivän ilmakehän. Niiden ilmakehän ominaisuudet ovat avainasemassa sen ymmärtämisessä, kuinka eksoplaneetta muodostui ja onko siinä merkkejä elämästä.
Mikä on ongelma?
MIT:n henkilökuntaInstituutti teki uuden tutkimuksen. Tutkijat spekuloivat, että työkalut, joita tähtitieteilijät tyypillisesti käyttävät valosignaalien purkamiseen, eivät välttämättä ole tarpeeksi hyviä tulkitsemaan tarkasti uuden kaukoputken tietoja. Erityisesti opasiteettimallit – työkalut, jotka mallintavat valon vuorovaikutusta aineen kanssa sen ominaisuuksien perusteella – saattavat vaatia merkittävää uudelleensäätöä Webbin tietojen tarkkuuden vastaamiseksi.
Jos näitä malleja ei ole viimeistelty, niin ominaisuudetplaneettojen ilmakehät, kuten niiden lämpötila, paine ja alkuainekoostumus, voivat vaihdella suuruusluokkaa. Tämä tarkoittaa, että tiedemiehet ovat kohtalokkaasti väärässä laskelmissaan.
Webb-teleskooppikuva, NASA
Niiden välillä on tieteellisesti merkittävä erojoka sisältää 5 % ja 25 % yhdistettä, kuten vettä, joita nykyaikaiset mallit eivät voi erottaa. Malli, jota NASAn tutkijat käyttävät spektritietojen tulkitsemiseen, ei vastaa James Webb -teleskoopista saatujen tietojen tarkkuutta ja laatua. Kuten tutkijat totesivat, on välttämätöntä ratkaista opasiteettiongelma.
Mikä on opasiteetti?
Peittävyys on mitta siitä, kuinka helppoa se onfotonit kulkevat materiaalin läpi. Kuten tiedät, tietyn aallonpituuden fotonit voivat kulkea suoraan materiaalin läpi, absorboitua tai heijastua takaisin. Kaikki riippuu siitä, ovatko ne vuorovaikutuksessa tiettyjen materiaalin molekyylien kanssa. Tällaiset vuorovaikutukset riippuvat myös materiaalin lämpötilasta ja paineesta.
Peittävyysmalli toimii perustuenerilaisia oletuksia siitä, miten valo on vuorovaikutuksessa aineen kanssa. Tähtitieteilijät käyttävät sitä päätelläkseen tiettyjä materiaalin ominaisuuksia materiaalin lähettämän valon spektrin perusteella. Eksoplaneettojen yhteydessä opasiteettimalli mahdollistaa tyypin ja Kemikaalien runsaus planeetan ilmakehässä perustuu siitä valoon, joka heijastuu siitä ja jonka kaukoputki vangitsee.
Mitä nyt tapahtuu?
Nykyinen opasiteettimalli,jota MIT vertasi klassiseen kielenkäännöstyökaluun, "toimii kunnollisesti". Se tavallisesti tulkitsee kaukoputkella, kuten Hubble-avaruusteleskoopilla, saadut spektritiedot.
Ensimmäinen valokuva JSWT:stä, NASA
"Toistaiseksi tämä Rosetta-kivi on kaikki"Okei", tutkijat kirjoittavat. Mutta nyt, kun tiedemiehet ovat siirtymässä "seuraavalle tasolle" ja työskentelevät Webbin erittäin tarkkojen instrumenttien kanssa, nykyinen käännösprosessi "ei ota talteen tärkeitä hienouksia". Esimerkiksi ne, jotka erottavat elämälle sopivan planeetan asumiskelvottomasta.
Mitä tutkijat ovat tehneet?
Uudessa tutkimuksessa MIT-tutkijat etsivätmitä ilmakehän ominaisuuksia malli saa, jos se räätälöidään. Tavoitteena on sallia tietyt rajoitukset valon ja aineen vuorovaikutuksen ymmärtämisessä. Tämän seurauksena tutkijat loivat kahdeksan tällaista "häiriintynyttä" mallia.
Sitten he varastoivat jokaisen mallin mukaan lukientodellinen versio, "synteettiset spektrit". Puhumme tiedemiesten mallintamista valokuvioista. Ne ovat samanlaisia kuin tarkkuus, jonka James Webb -teleskooppi pystyi tallentamaan.
Mitä tutkijat selvisivät?
Selvisi, että joidenkin perusteellaja samat valospektrit, jokainen häiriintynyt malli tarjoaa laajan mittakaavan ennusteita planeetan ilmakehän ominaisuuksista. Analyysinsa perusteella tutkijat päättelivät, että jos olemassa olevia opasiteettimalleja sovellettaisiin Webb-teleskoopin vangitsemiin valospektreihin, ne saavuttaisivat tietyn "tarkkuuden seinän". Yksinkertaisesti sanottuna ne eivät ole tarpeeksi herkkiä selvittämään planeetan todellista lämpötilaa (300 tai 600 Kelvin-astetta, 26,85 °C - 326,85 °C) ja mitä kaasua on 5 % tai 25 % ilmakehän kerroksesta.
Tämä ero on tärkeä, jotta tiedemiehet voivat rajoittaa planeettojen muodostumismekanismeja ja tunnistaa luotettavasti biosignatuureja.
Ryhmä havaitsi myös, että jokainen malli myöstarjosi "hyvän sovituksen" tiedoille. Tämä tarkoittaa, että vaikka häiriintynyt malli tarjosi väärän kemiallisen koostumuksen, se loi valospektrinsä. Se oli tarpeeksi lähellä "vastaamaan" alkuperäistä.
Mikä lopputulos on?
On riittävästi parametreja, joita on säädettävä, jopa väärällä mallilla, jotta ne sopivat hyvin. Tämä tarkoittaa, että et voi tietää varmasti, että malli on väärä.
Tiedemiehet ovat keksineet useita ideoita siitä, mitenparantaa olemassa olevia opasiteettimalleja. Esimerkiksi ylimääräisiä laboratoriomittauksia ja teoreettisia laskelmia on suoritettava valon ja eri molekyylien vuorovaikutusta koskevien oletusten tarkentamiseksi. Myös eri alojen tutkijoiden välinen yhteistyö on välttämätöntä. Erityisesti tähtitieteilijöiden ja spektroskopian asiantuntijoiden välillä.
Paljon voitaisiin tehdä, jos tietäisimme täydellisesti valon ja aineen vuorovaikutuksen.
Lue lisää:
Salaperäinen "sininen goo" meren pohjassa hämmentää tutkijoita
Kehitetty generaattori tuulivoimaloihin ilman kalliita magneetteja
Katsokaa ilmiötä, joka on yksinkertaisesti mahdotonta Marsissa
Hi-Tech käänsi ja mukautti Jenniferin artikkelinChun "Tutkimus: Tähtitieteilijät voivat tulkita väärin planeettojen signaaleja James Webbin tiedoissa", julkaistu MIT News -sivustossa, joka kattaa MIT-tutkimuksen, innovaation ja opetuksen uutisia. Alkuperäinen artikkeli löytyy linkistä.
Kannen kuva: Thibaut Roger, Thibaut Roger
Tekijänoikeus: © CC BY-NC-SA 4.0