Svemirski teleskop Džejms Veb (JVST) će videti ono što nijedan drugi teleskop ne može. Teleskop će moći da proučava najstarije galaksije u svemiru. Njegovo veliko ogledalo i infracrveni instrumenti će moći da detektuju molekule vode, ugljen-dioksida i amonijaka u atmosferama udaljenih egzoplaneta i u ledu i prašini koji formiraju zvezde, planete i komete. Naučnici kažu da će nam proučavanje ovih molekula i saznanja o hemijskim reakcijama koje se dešavaju na ovim mestima pomoći da razumemo kako se formiraju planetarni sistemi. Te informacije će nam reći da li su uslovi za život jedinstveni samo za naš solarni sistem ili da su uobičajena pojava u svemiru.

Veličina, dizajn i udaljenost od Zemlje JVST-a će mu dati neviđenu do sada rezoluciju i osetljivost za posmatranje bledih objekata. Njegovi instrumenti će detektovati blisko infracrveni i srednje infracrveni deo elektromagnetnog spektra. Te talasne dužine su izabrane da bi se proučavale galaksije sa veliki crvenim pomakom – one koje su najudaljenije od nas, a samim tim i najstarije – koje Hablovi instrumenti ne mogu da vide. Pomoći će u traženju odgovora na astrofizička pitanja o evoluciji galaksija i univerzuma. Međutim, visoka osetljivost na infracrvenu svetlost biće blagodat za astrohemičare i istraživače egzoplaneta.

JVST će omogućiti naučnicima da proučavaju molekule u diskovima leda i prašine koji okružuju mlade zvezde gde se nalaze planete, komete i druga tela.

Svemirski teleskop Džejms Veb je dizajniran da proučava delove elektromagnetnog spektra koje drugi teleskopi na Zemlji i u svemiru ne mogu. Astronomi će prvi put pretraživati signale molekula važnih u astrohemiji, uključujući i one neophodne za život na drugim planetama.

Naučnici su već dogovorili više od 250 istraživačkih projekata za JVST, a više će biti odobreno tokom njegovog životnog veka. Hiljade naučnika će učestvovati u tim misijama, a možemo očekivati stotine recenziranih istraživačkih radova svake godine rada Veb telekopa. Pogledajmo nekoliko primera onoga što se naučnici nadaju da će im JVST otkriti.

Poreklo planeta

Kada se zvezde formiraju iz oblaka prašine, gasa i leda, stvaraju rotirajući disk od istog tog materijala. Taj protoplanetarni disk se na kraju razdvaja na planete, asteroide, komete i druga tela koja se nalaze u planetarnom sistemu. Ovaj proces može trajati milionima godina.

Kako su naučnici počeli da pronalaze planetarne sisteme izvan naših, shvatili su da neki izgledaju veoma drugačije od naših. Na primer, mnoge egzoplanete za koje su astronomi otkrili da su veće od Zemlje i manje od Neptuna - klase planeta koja se zove super-Zemlje - ali naš solarni sistem nema nijednu. Zašto neki sistemi imaju ove super-Zemlje, a drugi ne?

JVST će omogućiti istraživačima da mapiraju hemijske sastojke protoplanetarnih diskova, dajući naznake o tome kako se formiraju planetarni sistemi. A ispod tog pomalo ezoteričnog pitanja krije se pitanje da li drugi planetarni sistemi imaju planete sa hemijskim sastavom koji bi mogao da podrži život (C&EN/Shutterstock).

Kao deo tog istraživanja, JVST će naučnicima pružiti nove načine za proučavanje molekula gasne faze u protoplanetarnim diskovima koje su prethodno pratili drugim teleskopima, poput Spitzer svemirskog teleskopa i Atacama velikog milimetarskog/submilimetarskog niza (ALMA) u Čile. Iznad Zemljine atmosfere, JVST će posmatrati vibracione potpise molekula, poput vode, koje ALMA ne može. A veće ogledalo JVST-a čini ga osetljivijim od Spitzera, koji takođe može da posmatra u infracrvenom spektru.

Postojanje molekula poput vode, metana i amonijaka će naučnicima reći o količini i distribuciji elemenata poput kiseonika, ugljenika i azota u ovim diskovima. Taj uvid bi mogao pomoći naučnicima da shvate kako se formiraju planete sa sastojcima potrebnim za život.

Melisa Meklur sa Univerziteta u Lajdenu vodiće jedan od tih projekata. Ona želi da razume da li planete nasleđuju svoju hemiju od molekularnih oblaka koji rađaju protoplanetarne diskove ili da li se molekularni inventar menja kako se led sublimira i ponovo zamrzava u diskovima pre nego što komete i planete počnu da se formiraju. Ona kaže da da bismo odgovorili na to pitanje, „treba da dobijemo detaljne informacije o ledu u oblaku, protozvezdi i protoplanetarnom disku. A samo JVST to može učiniti.

Drugi svetovi

Naučnici su vekovima pretpostavljali da postoje planete izvan našeg Sunčevog sistema, ali tek 1992. godine – samo 4 godine pre prvog predloga dizajna JVST – istraživači su potvrdili postojanje egzoplaneta. Stoga nije iznenađujuće da su egzoplanete retko spominjane u ranim planovima teleskopa koji menja Habla. Međutim, u decenijama od tada, astronomi su otkrili hiljade udaljenih planeta. JVST je prvobitno trebalo da bude lansiran 2007. Odlaganje do prošle godine učinilo je da istraživanje egzoplaneta dobije značajno mestu u misiji JVST-a.

Astronomi će proučavati hemijski sastav atmosfera i površina udaljenih planeta, uključujući egzoplanete u sistemu Kepler 11, prikazane u koncepciji ovog umetnika. (NASA/JPL-Caltech)

Jedna od glavnih tehnika koje naučnici koriste za proučavanje atmosfere egzoplaneta je tranzitna spektroskopija. Kada planeta prođe ispred svoje zvezde, molekuli u atmosferi planete apsorbuju deo svetlosti zvezde u karakterističnim obrascima. Drugi teleskopi u svemiru i na zemlji već́ godinama koriste ovu tehniku, ali JVST će napraviti prvi takvo merenja u srednjem infracrvenom spektru, proširujući opseg molekula koje naučnici mogu da traže.

Naučnici će moći da vide glavne sastojke atmosfere egzoplaneta, kao što su ugljen-dioksid, metan, voda i amonijak. Ovi molekuli bi mogli da ukažu da li je planeta u stanju da podrži život ili čak i da li tamo postoji život. Za veće planete koje emituju više zračenja, koje se često nazivaju vrućim Jupiterima, JVST će imati rezoluciju da mapira varijacije u sastavu atmosfere u 3D. „Videćemo ih sa neviđenim detaljima“, kaže Kreidberg. Sa tim podacima, naučnici bi mogli da utvrde da li delovi atmosfere ovih planeta imaju dovoljno vode za život.

Desetine projekata tranzitne spektroskopije već́ su odobrene za prve godine rada JVST-a. Oni će proučavati niz tipova planeta, kao što su vruće, gasovite planete i stenovite planete koje nisu mnogo veće od Zemlje.

Ali ta tehnika nije jedini način na koji naučnici mogu da koriste JVST za proučavanje egzoplaneta. Kreidberg vodi projekte za posmatranje dve planete koristeći zračenje koje emituju same planete, a ne svetlost njihovih zvezda koja sija kroz njihovu atmosferu. Ta tehnika će omogućiti njenom timu da proučava površine ovih planeta. Tražiće se odgovor kada stenovite planete imaju atmosferu, a kada nemaju.

Naučnici se bore da iskoriste naš solarni sistem da bi razumeli kako se planetarna atmosfera razvija, kaže Kreidberg. Imamo samo mali lokalni uzorak, a procesi koji mogu formirati ili uništiti atmosferu su raznoliki i složeni. Proučavanje egzoplanate moglo bi dati neke odgovore. Potencijal JVST-a da poveže naše razumevanje protoplanetarnih diskova sa egzoplanetama i planetarnim sistemima uzbudljiv.

Naš sunčev sistem

Oko 5% vremena posmatranja JVST-a, teleskop će takođe proučavati objekte u našem solarnom sistemu.  Tim koji predvode NASA istraživači će posmatrati ledene mesece Encelad sa Saturna i Evropu od Jupitera kako bi pokušao da utvrdi sastav gejzira koje izbijaju iz njihove unutrašnjosti. Naučnici misle da ovi meseci imaju rezervoare vode ispod svojih površina, a istraživači se pitaju da li bi mogli da ugoste život, verovatno u potopljenim hidrotermalnim otvorima.

Druge grupe se nadaju da će imati priliku da usmere JVST na Saturn ili Jupiter nakon udara meteora kako bi gledali kako njihova atmosfera reaguje. Drugi tim će posmatrati međuzvezdane objekte kao što je 'Oumuamua, koji je prošao kroz Sunčev sistem 2017.

Drugi žele da proučavaju komete našeg Sunčevog sistema. Nadaju se da će popisati hemikalije na ovim kometama, posebno molekule koje zemaljski teleskopi ne mogu uočiti, poput ugljen-dioksida. Tražiće i velike, složene organske molekule poput policikličnih aromatičnih ugljovodonika, čije prisustvo na kometama nije dokazano. Takođe žele da proučava kako se hemijski sastav kometa menja dok se približavaju Suncu.

Za kraj

Uzbuđenje i nade naučnika i nas amatera su velika. Zato što se nalazimo pred novom erom astronomije, astrofizike i astrohemije. JVST je uspešno progurao sve prepreke koje su mu bile na putu od tehničkih, finansijskih do kritika da mu treba promeniti ime o čemu smo pisali ovde. Tako da imamo dobru osnovu za opravdanu nadu da će JVST biti podjednako uspešan u svom radu i da ćemo od njega dobiti ono što naučna zajednica očekuje. Ostaje nam da se udobno smestimo i proučavamo sve što nam stiže sa JVST-a, počevši od 12.7.2022. godine.