Các Kính viễn vọng không gian James Webb giống như bữa tiệc của thế kỷ cứ bị hoãn lại. Do sự phức tạp tuyệt đối của nó và một số bài đọc dị thường được phát hiện trong quá trình thử nghiệm rung động, ngày ra mắt của kính thiên văn này đã bị đẩy lùi nhiều lần - hiện tại dự kiến sẽ ra mắt vào năm 2021. Nhưng vì lý do rõ ràng, NASA vẫn cam kết nhìn thấy điều này Nhiệm vụ thông qua.
Sau khi được triển khai, JWST sẽ là kính viễn vọng không gian mạnh nhất đang hoạt động và bộ công cụ tiên tiến của nó sẽ tiết lộ những điều về Vũ trụ chưa từng thấy trước đây. Trong số này có bầu khí quyển của các hành tinh ngoài mặt trời, ban đầu sẽ bao gồm những người khổng lồ khí. Khi làm như vậy, JWST sẽ tinh chỉnh việc tìm kiếm các hành tinh có thể ở được và cuối cùng bắt đầu kiểm tra một số ứng cử viên tiềm năng.
JWST sẽ thực hiện việc này cùng với Vệ tinh Khảo sát Exoplanet Chuyển tiếp (TESS), được triển khai vào không gian trở lại vào tháng 4 năm 2018. Như tên cho thấy, TESS sẽ tìm kiếm các hành tinh bằng Phương pháp Chuyển tuyến (hay còn gọi là Phương pháp Quang học Chuyển tuyến), trong đó các ngôi sao được theo dõi độ sáng định kỳ - điều này gây ra bởi một hành tinh đi qua phía trước chúng so với người quan sát.
Một số quan sát đầu tiên của Webbiến sẽ được thực hiện thông qua chương trình Khoa học phát hành sớm tùy ý của Giám đốc - một nhóm hành tinh ngoại hành tinh quá cảnh tại trung tâm hoạt động khoa học Webbùi. Nhóm này đang lên kế hoạch thực hiện ba loại quan sát khác nhau sẽ cung cấp kiến thức khoa học mới và hiểu rõ hơn về các công cụ khoa học của Webb.
Như Jacob Bean thuộc Đại học Chicago, một nhà điều tra đồng hiệu trưởng của dự án ngoại hành tinh quá cảnh, đã giải thích trong một thông cáo báo chí của NASA:
Chúng tôi có hai mục tiêu chính. Đầu tiên là để có được các bộ dữ liệu ngoại hành tinh từ Webb đến cộng đồng thiên văn càng sớm càng tốt. Thứ hai là làm một số khoa học vĩ đại để các nhà thiên văn học và công chúng có thể thấy đài thiên văn này mạnh đến mức nào.
Như Natalie Batalha thuộc Trung tâm nghiên cứu Ames của NASA, nhà điều tra chính của dự án, đã bổ sung:
Nhóm của chúng tôi Mục tiêu của chúng tôi là cung cấp kiến thức và hiểu biết quan trọng cho cộng đồng thiên văn sẽ giúp xúc tác nghiên cứu ngoại hành tinh và tận dụng tốt nhất Webb trong thời gian giới hạn mà chúng tôi có.
Đối với quan sát đầu tiên của họ, JWST sẽ chịu trách nhiệm mô tả bầu không khí trên hành tinh bằng cách kiểm tra ánh sáng truyền qua nó. Điều này xảy ra bất cứ khi nào một hành tinh đi qua phía trước một ngôi sao và cách ánh sáng được hấp thụ ở các bước sóng khác nhau cung cấp manh mối về thành phần hóa học khí quyển. Thật không may, các kính viễn vọng không gian hiện tại không có độ phân giải cần thiết để quét bất cứ thứ gì nhỏ hơn một người khổng lồ khí.
Các JWST, với các thiết bị hồng ngoại tiên tiến của nó, sẽ kiểm tra ánh sáng truyền qua bầu khí quyển ngoài hành tinh, phân tách nó thành phổ cầu vồng và sau đó suy ra thành phần khí quyển dựa trên những phần ánh sáng bị thiếu. Đối với những quan sát này, nhóm dự án đã chọn WASP-79b, một ngoại hành tinh có kích thước sao Mộc quay quanh một ngôi sao trong chòm sao Eridanus, cách Trái đất khoảng 780 năm ánh sáng.
Nhóm nghiên cứu hy vọng sẽ phát hiện và đo lường sự phong phú của nước, carbon monoxide và carbon dioxide trong WASP-79b, nhưng cũng hy vọng tìm thấy các phân tử chưa được phát hiện trong khí quyển ngoại hành tinh. Để quan sát lần thứ hai, nhóm nghiên cứu sẽ theo dõi một sao Mộc nóng bỏng được gọi là WASP-43b, một hành tinh quay quanh ngôi sao của nó với thời gian dưới 20 giờ.
Giống như tất cả các ngoại hành tinh quay gần với các ngôi sao của chúng, người khổng lồ khí này bị khóa chặt - nơi một bên luôn phải đối mặt với ngôi sao. Khi hành tinh ở phía trước ngôi sao, các nhà thiên văn chỉ có thể nhìn thấy mặt sau lạnh hơn của nó; nhưng khi nó quay quanh, ngày nóng dần dần xuất hiện. Bằng cách quan sát toàn bộ hành tinh này, các nhà thiên văn học sẽ có thể quan sát các biến thể đó (được gọi là đường cong pha) và sử dụng dữ liệu để lập bản đồ nhiệt độ, mây và hóa học khí quyển.
Dữ liệu này sẽ cho phép họ lấy mẫu khí quyển đến các độ sâu khác nhau và có được bức tranh đầy đủ hơn về cấu trúc bên trong hành tinh. Như Bean chỉ ra:
Chúng tôi đã thấy những biến thể kịch tính và bất ngờ cho hành tinh này với Hubble và Spitzer. Với Webb, chúng tôi sẽ tiết lộ các biến thể này một cách chi tiết hơn đáng kể để hiểu các quy trình vật lý chịu trách nhiệm.
Đối với lần quan sát thứ ba, nhóm nghiên cứu sẽ cố gắng quan sát trực tiếp một hành tinh quá cảnh. Điều này rất khó khăn, vì cách ánh sáng của ngôi sao sáng hơn nhiều và do đó che khuất ánh sáng mờ nhạt bị phản xạ khỏi bầu khí quyển hành tinh. Một phương pháp để giải quyết vấn đề này là đo ánh sáng đến từ một ngôi sao khi hành tinh có thể nhìn thấy và một lần nữa khi nó biến mất phía sau ngôi sao.
Bằng cách so sánh hai phép đo, các nhà thiên văn học có thể tính được bao nhiêu ánh sáng đến từ hành tinh này. Kỹ thuật này hoạt động tốt nhất đối với các hành tinh rất nóng phát sáng rực rỡ dưới ánh sáng hồng ngoại, đó là lý do tại sao họ chọn WASP-18b cho quan sát này - một Sao Mộc nóng đạt nhiệt độ khoảng 2.900 K (2627 ° C; 4.800 ° F). Trong quá trình này, họ hy vọng sẽ xác định được thành phần của tầng bình lưu hành tinh.
Cuối cùng, những quan sát này sẽ giúp kiểm tra khả năng của JWST và hiệu chỉnh các thiết bị của nó. Mục tiêu cuối cùng sẽ là kiểm tra bầu khí quyển của các ngoại hành tinh có khả năng sinh sống, trong trường hợp này sẽ bao gồm các hành tinh đá (hay còn gọi là Trái đất), quay quanh các ngôi sao lùn đỏ mờ, có khối lượng thấp. Ngoài việc là ngôi sao phổ biến nhất trong thiên hà của chúng ta, sao lùn đỏ còn được cho là nơi có khả năng nhất để tìm thấy các hành tinh giống Trái đất.
Như Kevin Stevenson, một nhà nghiên cứu của Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian và là điều tra viên chính của dự án, đã giải thích:
TESS TESS nên định vị hơn một chục hành tinh quay quanh các khu vực có thể ở được của các sao lùn đỏ, một vài trong số đó thực sự có thể ở được. Chúng tôi muốn tìm hiểu xem những hành tinh đó có bầu khí quyển hay không và Webb sẽ là người nói với chúng tôi. Các kết quả sẽ đi một chặng đường dài để trả lời câu hỏi liệu các điều kiện thuận lợi cho cuộc sống có phổ biến trong thiên hà của chúng ta hay không.
Các Kính viễn vọng không gian James Webb sẽ là đài quan sát khoa học vũ trụ hàng đầu thế giới một khi được triển khai và sẽ giúp các nhà thiên văn học giải quyết những bí ẩn trong Hệ Mặt trời của chúng ta, nghiên cứu các ngoại hành tinh và quan sát các thời kỳ đầu tiên của Vũ trụ để xác định cấu trúc quy mô lớn của nó phát triển theo thời gian như thế nào. Vì lý do này, có thể hiểu được tại sao NASA yêu cầu cộng đồng thiên văn phải kiên nhẫn cho đến khi họ chắc chắn rằng nó sẽ triển khai thành công.
Khi mức chi trả không có gì thiếu sót trong những khám phá đột phá, thì chỉ có điều công bằng là chúng tôi sẵn sàng chờ đợi. Trong khi chờ đợi, hãy chắc chắn xem video này về cách các nhà khoa học nghiên cứu bầu khí quyển ngoài hành tinh, với sự giúp đỡ của Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian:
