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Während seiner kurzen Zeit im All schreibt und ergänzt das James-Webb-Teleskop vieles von dem, was wir über unser Universum wissen. Lassen Sie uns hineinspringen und einen Blick auf die Entdeckungen des James-Webb-Teleskops werfen, von Exoplaneten bis hin zu Asteroidengürteln.
Was ist das Besondere am James-Webb-Teleskop?
Um die Entdeckungen des James-Webb-Teleskops zu schätzen, müssen wir es tun Werfen Sie einen kurzen Blick darauf, was das Teleskop so einzigartig macht.
Es ist gigantisch
Das James-Webb-Teleskop (JWST) ist das größte Teleskop, das jemals im Weltraum platziert wurde, mit 270 ft2 primärer kombinierter Sammelspiegelfläche. Das Hubble-Weltraumteleskop hat 50 ft2 primäre kombinierte Sammelspiegelfläche.
Also! Viele! Spiegel!
Der JWST hat 18 sechseckige Berylliumspiegel, die mit Gold beschichtet sind. Jeder sechseckige Abschnitt des Hauptspiegels hat sieben Aktuatoren. Die Aktuatoren ermöglichen es, die Position jedes Spiegels unabhängig von den anderen Spiegeln einzustellen. Die Fähigkeit, jeden Spiegel unabhängig einzustellen und Positionierungsfehler zu korrigieren, ermöglicht letztendlich, dass alle 18 Spiegel als ein einziger Spiegel fungieren.
Crazy Good Light Collection Optics
Das James-Webb-Teleskop kann Objekte sehen, die für das Hubble-Weltraumteleskop zu alt, weit entfernt oder schwach sind.
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Größer ist besser! Der große (270 ft2) Oberflächensammelbereich des Primärspiegels kann kleinere, schwächere Signale sammeln, die das Hubble-Weltraumteleskop nicht erfassen konnte.
Die JWST-Lichtsammeloptik ist so gut, dass wir etwa 13,4 Milliarden zurückblicken können Jahre zuvor. Wir können „sehen“, was geschah, als sich das Universum ungefähr 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entwickelte. Wir können sehen, wie das Licht von der Entstehung der ersten Galaxien ausgeht.
Hubble-Sammeloptik
Das Hubble-Weltraumteleskop wurde hauptsächlich entwickelt, um elektromagnetische Daten aus optischen und ultravioletten Wellenlängen zu erfassen.
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JWST Collection Optics
Infraroterkennung ist der Hauptzweck des JWST. Wenn Licht lange Strecken zurücklegt, verschiebt sich die Wellenlänge. Elektromagnetische Wellen, die für das menschliche Auge (und Hubble) sichtbar waren, verschoben sich zu längeren (oder kürzeren) Wellenlängen, die vom menschlichen Auge (oder Hubble) nicht erfasst werden. Das JSWT kann ungefähr 150 Milliarden Jahre (zeitlich) früher „sehen“ als das Hubble-Weltraumteleskop.
Das JWST fängt gerade erst an!
So verrückt es auch klingen mag, das JWST ist erst seit knapp einem jahr im dienst. Der JWST startete am 25. Dezember 2021 und wurde Ende Juni 2022 in Betrieb genommen. In dieser kurzen Zeit enthüllt der JWST eine fantastische Datenmenge.
Lassen Sie uns einsteigen und einen Blick auf die 5 Dinge von James Webb werfen entdeckt hat, von Exoplaneten bis hin zu Asteroidengürteln.
James Webb Telescope Discovery #1: Early Galaxy Formation
Die Fähigkeit, in der Zeit zurückzublicken, stellte schnell vieles von dem auf den Kopf, was Wissenschaftler über die Entstehung glauben von Galaxien. Das JWST nutzte seine UV-Erkennungsfähigkeiten, um sechs (optisch rotverschobene) gigantische Galaxien zu entdecken, die etwa 500 Millionen bis 700 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten.
Diese Objekte sind viel massiver als erwartet “, sagte der Co-Autor der Studie, Joel Leja, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik an der Penn State University, in einer Erklärung. „Wir haben erwartet, zu diesem Zeitpunkt nur winzige, junge Babygalaxien zu finden, aber wir haben Galaxien entdeckt, die so ausgereift sind wie unsere eigene, in dem, was früher als die Anfänge des Universums angesehen wurde.“
Joel Leja/CNN
Der Nachweis reifer Galaxien statt junger Galaxien stellt fast alles in Frage, was Wissenschaftler über die Entstehung von Galaxien glaubten. Es gibt zwei führende Theorien zur Entstehung von Galaxien.
Galaxienbildungstheorie Nr. 1 (am meisten akzeptierte Theorie)
Sterne entstehen, wenn Staub und Gas aufgrund ihrer eigenen Anziehungskraft kollabieren.
Galaxienentstehungstheorie #2 (nicht so beliebt)
Kleine Materie klumpt zusammen. An der kleinen geclusterten Materie haftet mehr Kleinmaterial. Wiederholen Sie den Vorgang, bis die Galaxienbildung abgeschlossen ist.
Was bedeutet das?
Die akzeptierte Theorie der Galaxienbildung wird durch die Entdeckung reifer Galaxien in den frühen Stadien von in Frage gestellt Das Universum nach dem Urknall. Wenn die am meisten akzeptierte Theorie richtig ist, wie können reife Galaxien existieren? Sollten sie sich nicht immer noch entwickeln?
Die Entdeckung dieser sechs gigantischen Galaxien bedeutet, dass 99 % der Computermodellierungsalgorithmen für die Entwicklung des Universums korrigiert werden müssen. WHOA! Entstauben Sie besser die „Entf“-Taste!
James Webb Telescope Discovery #2: Exoplaneten
Optische Bilder und einige Infrarotanalysen waren die primären Erkennungsmethoden für Exoplaneten (Planeten in einem anderen Sonnensystem ), bis der JWST mit IR-Fähigkeiten ins All schoss.
Wenn ein Exoplanet vor „seinem“ Stern vorbeizieht, nimmt die Intensität des Sterns im Bereich vor dem Exoplaneten ab. Wir konnten den Planeten nicht „sehen“, aber wir konnten die Auswirkungen eines Exoplaneten „sehen“, der seine eigene Sonne umkreist.
Das JWST blättert den Schleier des Mysteriums ab, das Exoplaneten umgibt, und ermöglicht uns, den Planeten zu verstehen Formation.
HIP 65426
Der Gasriese Exoplanet HIP 65426-b umkreist den Stern namens HIP 65426. HIP 65426-b ist etwa 385 Lichtjahre von der Erde entfernt.
HIP 65426 b ist super Exoplanet Jupiter, der 2017 entdeckt wurde.
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Wo ist der Exoplanet?
Die Spektralsignatur des Exoplaneten ist in der (sehr hellen) Spektralsignatur des Sterns selbst verborgen. JWST, das Daten von diesem Stern sammelt, ist nicht bahnbrechend; Das Hubble-Weltraumteleskop hat bereits Daten gesammelt.
Sammeln von mehr Wellenlängen als das Hubble-Weltraumteleskop
Was sich vom Hubble-Weltraumteleskop unterscheidet, ist die Fähigkeit des JWST, aus einem umfassenderen Wellenlängenbereich zu sammeln , blockieren unerwünschte Signale und filtern die Daten. Das JWST verwendet eine Nahinfrarotkamera (NIRCam) und ein MIRI-Mittelinfrarotinstrument (MIRI.)
Das NIRCam ist eine Infrarotkamera, die für Wellenlängen zwischen 0,6 und 5 Mikrometer ausgelegt ist. Die MIRI ist ein Mittelbereichs-Infrarot-Spektrograph, der Wellenlängen zwischen 5 und 28 Mikrometern misst.
NIRCam und MIRI
Die Near Infrared Camera (NIRCam) ist der primäre Imager der James Webb Telescopes. Die NIRCam deckt den infraroten Wellenlängenbereich von 0,6 bis 5 Mikrometer ab.
Das violette Bild zeigt die Nahinfrarotkamera (NICCam) mit einer Wellenlänge von 3 Mikrometer. Das blaue Bild zeigt die Nahinfrarotkamera (NICCam) mit einer Wellenlänge von 4,44 Mikrometer. Das gelbe Bild zeigt das MIRI Mid-Infrared Instrument (MIR)) mit einer Wellenlänge von 11,4 Mikrometer. Das rote Bild zeigt das MIRI Mid-Infrared Instrument (MIRI) mit einer Wellenlänge von 15,5 Mikrometer.
Coronagraph
A coronagraph modifiziert zusätzlich zu NIRCam und MIRI das eingehende Signal. Ein Koronograph ist ein Spiegel mit mehreren Linsen, die das einfallende Lichtsignal bündeln. Die Einstellung der Spiegel und Linsen blockiert ungefähr 98,55 des Lichts eines Sterns.
WASP-96b
WASP-96b ist ein Gasriesen-Exoplanet, der sich etwa 1.120 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Erdseitige Astronomen haben 2018 bewiesen, dass WASP-96 einen hellen und klaren Himmel hat.
Wolken, Staub und Gase sind der Fluch von Planetenwissenschaftlern, die große Hoffnungen haben, Exoplaneten zu sehen. Das JWST konnte die atmosphärische Zusammensetzung von WASP-96b mit seinem Near Infrared Imager and Slitless Spectograph (NIRISS) analysieren.
WASP-96b umkreist seinen sonnenähnlichen Stern WASP-96 alle 3,5 Erdtage.
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Die Spektrographendaten von JWST zeigen, dass WASP-96b Wolken, Wasserdampf und Dunst. Die neuen Webb-Messungen zeigen Hinweise auf Wasserdampf, Dunst und zuvor unsichtbare Wolken.
Messungen wie diese ermöglichen es Planetenwissenschaftlern, die Planetenentstehung zu verstehen. Aus WASP-96b gewonnene Erkenntnisse erweitern das Verständnis der Entstehung anderer Exoplaneten.
Proof of Concept
Die Aufregung um die Exoplaneten und die JWST-Daten betrifft mehr als nur die Exoplaneten selbst. (Entschuldigung, Exoplaneten!) Die große Aufregung dreht sich wirklich darum, welche Art von Daten JWST liefern kann. Die Datenvorschau zeigt die Art von Informationswissenschaftlern, die aus bevorstehenden Beobachtungen entnommen werden können.
James-Webb-Teleskop-Entdeckung Nr. 3: Was ist das für ein Asteroid?
Entdeckt (zufällig!) in der Mitte des Teleskops Der Infrarot-Kalibrierungsdatensatz waren Daten von einem zufälligen Asteroiden! Es ist das kleinste Objekt, das vom JWST entdeckt wurde, und misst knapp 0,6 Meilen lang. Der Asteroid hat etwa die Größe des römischen Kolosseums.
Wissenschaftler sind von der Asteroidenentdeckung begeistert, weil sie die Erkennungsfähigkeit des JWST für kleine Objekte unterstreicht. Die Astronomie konzentriert sich in erster Linie auf größere Objekte, einfach weil wir sie sehen oder entdecken und ihren Kurs über den Himmel aufzeichnen können.
Kleinere Asteroiden können genauso viele wissenschaftliche Informationen liefern wie größere Asteroiden. Beide Gruppen von Asteroiden entstanden aus der Geburt des Sonnensystems (unserer Heimat!) vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Das Studium erdnaher Asteroiden könnte die Entstehung der Erde erklären.
James Webb Telescope Discovery #4: Säulen der Schöpfung
Die Bilder der Hubble-Weltraumteleskope der Säulen der Schöpfung sind ikonisch. Das Bild links hat vor zwanzig Jahren die Fantasie einer neuen Generation von Astronomen geweckt.
Säulen der Schöpfung wurden 2022 vom James-Webb-Weltraumteleskop erneut fotografiert.
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Das JWST macht sich auch an der Bildfront gut! Es ist schwer zu übertreiben, wie inspirierend diese Bilder für angehende MINT-Studenten sind. In 20 Jahren werden wir möglicherweise erstaunt auf die JWST-Säulen der Schöpfung zurückblicken, sowohl in Bezug darauf, wie weit wir seit 2023 gekommen sind, als auch, wie viel besser die Technologie ist, die uns im Jahr 2043 zur Verfügung steht!
Die Säulen of Creation zeigen Elefantenrüssel aus interstellarem Gas und Staub im Adlernebel, etwa 6.500 Lichtjahre von der Erde entfernt. Daten von NIRCam und MIRI wurden übereinander „gestapelt“, um ein zusammengesetztes Bild zu bilden.
Wir sind jetzt in der Lage, einen Teil des Staubs in den Bildern des Hubble-Weltraumteleskops „durchzuschauen“. Wir können jetzt neu entstandene Sterne sehen, Tausende von ihnen. Staub ist ein entscheidender Bestandteil bei der Sternentstehung.
Die dicken Staubbänder in Verbindung mit Gas bilden die „Säulen“. Wenn die Säulen aufgrund der Gravitationskräfte einzustürzen beginnen, erwärmen sie sich langsam und ein neuer Stern wird geboren.
James Webb Telescope Discovery #5: Wolf-Rayet 124
Wolf-Rayet-Sterne sind die hellsten, prominentesten und seltensten Sterne. Diese massiven Sterne stehen am Ende ihres Lebens. Ein Wolf-Rayet-Stern verzehrt sich ziemlich schnell und explodiert dann auseinander.
Einige Sterne leben Milliarden von Jahren. Andere Sterne, die größten Sterne, haben eine kürzere Lebensdauer. Wolf-Rayet-Sterne leben nur wenige Millionen Jahre und befinden sich in der Endphase ihrer – einer Phase, die nur wenige hunderttausend Jahre andauern wird.
Wolf-Rayet 124 ist einer der schnellsten außer Kontrolle geratenen Sterne in der Milchstraße.
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WR 124 ist etwa 15.000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Schütze. Der Stern schrumpft schnell, da heiße Gase von der Sternoberfläche in den Weltraum geblasen werden.
Infrarotstrahlung beleuchtet den Stern. Die NIRCam und MIRI des JWST sammelten Daten von diesem seltenen Stern. Die Bilder wurden übereinander „gestapelt“, um ein zusammengesetztes Bild zu bilden. Wenn Wolf-Rayet 124 (oder jeder andere Wolf-Raynet-Stern) schließlich explodiert, wird dies als „Supernova-Explosion“ bezeichnet.
Eine Supernova-Explosion tritt auf, nachdem der Stern alle Elemente (Wasserstoff, gefolgt von) verbraucht hat Helium, gefolgt von Kohlenstoff usw.), bis es Eisen erreicht. Am Eisenelement bricht der Teufel los!
Der Stern kann das Eisen nicht verzehren und bricht in sich zusammen. Der gesamte Zusammenbruch dauert von Anfang bis Ende etwa eine Viertelsekunde. Eine Schockwelle wandert durch den Kern, verlässt den Stern und erzeugt ein unglaubliches Schauspiel.
5 Dinge, die James Webb entdeckt hat, von Exoplaneten bis zu Asteroidengürteln FAQs (häufig gestellte Fragen)
Wie lange wird das James-Webb-Teleskop im Weltraum bleiben?
Unbestimmt. Die gegenwärtige Erwartung ist, dass das Teleskop noch genug Restleistung hat, um mindestens zehn Jahre lang genau zu funktionieren.
Außer einer Betankungsübung (das Teleskop ist eine Million Meilen von der Erde entfernt) wird der Satellit abstürzen, wenn der gelieferte Treibstoff aufgebraucht ist wann in die Umlaufbahn um die Sonne.
Wo befindet sich das James-Webb-Teleskop im Weltraum?
Der Standort des James-Webb-Teleskops wird L2 Lagrange genannt.
Die L2 Lagrange ermöglicht es dem JWST, sich an einem „Sweet Spot“ zu befinden, der sehr wenig Stromverbrauch erfordert, um zwischen der Schwerkraft der Erde und der Sonne im Gleichgewicht zu bleiben. Die L2-Lagrange-Position ist ungefähr eine Million Meilen von der Erde entfernt.
Was passiert, wenn am James-Webb-Teleskop etwas kaputt geht?
Das Hubble-Weltraumteleskop schon ungefähr 332 Meilen über der Erdoberfläche. Die NASA hat vier verschiedene Missionen an Hubble geschickt, um Upgrades und Reparaturen durchzuführen.
Das James-Webb-Teleskop befindet sich eine Million Meilen über der Erdoberfläche. Wenn es kaputt geht, gibt es keine Möglichkeit, es zu reparieren. Menschen müssen noch (noch) eine Million Meilen von der Erde entfernt reisen.
Die NASA hat einen Tankanschluss für das James-Webb-Teleskop entworfen und installiert. Im Moment hat die NASA keine Möglichkeit, Astronauten oder ein unbemanntes Raumschiff zum James-Webb-Teleskop zu schicken, um es zu betanken. Da wir jedoch wissen, wie schlau die Leute bei der NASA sind, würden wir es ihnen nicht zutrauen, an einem Betankungsplan für einen späteren Zeitpunkt zu arbeiten.