NASA's James Webb Space Telescope heeft zijn eerste beelden en spectra van Mars vastgelegd op 5 september. De telescoop, een internationale samenwerking met ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency), biedt een uniek perspectief met zijn infraroodgevoeligheid op onze naburige planeet , een aanvulling op gegevens die worden verzameld door orbiters, rovers en andere telescopen.

Webb's unieke observatiepost, bijna een miljoen mijl verderop, bij de zon-aarde Lagrange punt 2 (L2), geeft een beeld van de waarneembare schijf van Mars (het deel van de zonverlichte kant dat naar de telescoop is gericht). Als gevolg hiervan kan Webb beelden en spectra vastleggen met de spectrale resolutie die nodig is om kortetermijnverschijnselen zoals stofstormen, weerpatronen, seizoensveranderingen en in één enkele waarneming processen die op verschillende tijdstippen plaatsvinden (dag, zonsondergang en nacht) te bestuderen. ) van een Marsdag.

Omdat het zo dichtbij is, is de Rode Planeet een van de helderste objecten aan de nachtelijke hemel in termen van zowel zichtbaar licht, dat menselijke ogen kunnen zien, als het infraroodlicht dat Webb is ontworpen om te detecteren. Dit vormt een bijzondere uitdaging voor het observatorium, dat werd gebouwd om het extreem zwakke licht van de meest verre sterrenstelsels in het universum te detecteren. De instrumenten van Webb zijn zo gevoelig dat zonder speciale observatietechnieken het heldere infraroodlicht van Mars verblindend is, wat een fenomeen veroorzaakt dat bekend staat als 'detectorverzadiging'. Astronomen hebben de extreme helderheid van Mars gecorrigeerd door zeer korte belichtingen te gebruiken, slechts een deel van het licht te meten dat de detectoren raakt en speciale technieken voor gegevensanalyse toe te passen.

Webb's eerste beelden van Mars, vastgelegd door de Near-Infrared Camera (NIRCam), tonen een gebied van het oostelijk halfrond van de planeet op twee verschillende golflengten, of kleuren van infrarood licht. De eerste afbeelding in dit artikel toont een oppervlaktereferentiekaart van NASA en de Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) aan de linkerkant, met de twee Webb NIRCam-instrumenten over elkaar heen. De nabij-infraroodbeelden van Webb worden rechts getoond.

Het NIRCam-beeld met kortere golflengte (2,1 micron) [rechtsboven] wordt gedomineerd door gereflecteerd zonlicht en onthult zo oppervlaktedetails die lijken op die in zichtbaar licht-afbeeldingen [links]. De ringen van de Huygens-krater, het donkere vulkanische gesteente van Syrtis Major en het oplichten in het Hellas-bekken zijn allemaal zichtbaar op deze afbeelding.

De NIRCam-afbeelding met langere golflengte (4,3 micron) [rechtsonder] toont thermische emissie - licht dat door de planeet wordt afgegeven terwijl deze warmte verliest. De helderheid van 4,3-micron licht is gerelateerd aan de temperatuur van het oppervlak en de atmosfeer. Het helderste gebied op de planeet is waar de zon bijna boven het hoofd staat, omdat het over het algemeen het warmst is. De helderheid neemt af in de richting van de poolgebieden, die minder zonlicht ontvangen, en er wordt minder licht uitgestraald van het koelere noordelijk halfrond, dat in deze tijd van het jaar winter is.

De temperatuur is echter niet de enige factor die van invloed is op de hoeveelheid licht van 4,3 micron die Webb bereikt met dit filter. Terwijl het door de planeet uitgestraalde licht door de atmosfeer van Mars gaat, wordt een deel geabsorbeerd door koolstofdioxide (CO₂ ) moleculen. Het Hellas-bekken, de grootste goed bewaarde inslagstructuur op Mars, met een lengte van meer dan 2000 kilometer, lijkt door dit effect donkerder dan de omgeving.

"Dit is eigenlijk geen thermisch effect bij Hellas", verklaarde de hoofdonderzoeker, Geronimo Villanueva van NASA's Goddard Space Flight Center, die deze Webb-waarnemingen ontwierp. "Het Hellas-bekken ligt op een lagere hoogte en ervaart dus een hogere luchtdruk. Die hogere druk leidt tot een onderdrukking van de thermische emissie bij dit specifieke golflengtebereik [4,1-4,4 micron] vanwege een effect dat drukverbreding wordt genoemd. Het zal zeer interessant om deze concurrerende effecten in deze gegevens uit elkaar te halen."

Villanueva en zijn team hebben ook Webb's eerste nabij-infraroodspectrum van Mars uitgebracht, waarmee we de kracht van Webb demonstreren om de Rode Planeet met spectroscopie te bestuderen.

Terwijl de afbeeldingen verschillen in helderheid laten zien die zijn geïntegreerd over een groot aantal golflengten van plaats tot plaats over de planeet op een bepaalde dag en tijd, toont het spectrum de subtiele variaties in helderheid tussen honderden verschillende golflengten die representatief zijn voor de planeet als geheel. Astronomen zullen de kenmerken van het spectrum analyseren om aanvullende informatie te verzamelen over het oppervlak en de atmosfeer van de planeet.

Dit infraroodspectrum werd verkregen door metingen van alle zes de spectroscopiemodi met hoge resolutie van Webb's Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) te combineren. Voorlopige analyse van het spectrum toont een rijke reeks spectrale kenmerken die informatie bevatten over stof, ijzige wolken, wat voor soort rotsen zich op het oppervlak van de planeet bevinden en de samenstelling van de atmosfeer. De spectrale kenmerken - inclusief diepe valleien die bekend staan ​​​​als absorptiekenmerken - van water, kooldioxide en koolmonoxide kunnen gemakkelijk worden gedetecteerd met Webb. De onderzoekers hebben de spectrale gegevens van deze waarnemingen geanalyseerd en bereiden een paper voor dat ze zullen indienen bij een wetenschappelijk tijdschrift voor peer review en publicatie.

In de toekomst zal het Mars-team deze beeldvorming en spectroscopische gegevens gebruiken om regionale verschillen over de hele planeet te onderzoeken en om sporengassen in de atmosfeer te zoeken, waaronder methaan en waterstofchloride.

Deze NIRCam- en NIRSpec-waarnemingen van Mars werden uitgevoerd als onderdeel van Webb's Cycle 1 Guaranteed Time Observation (GTO) zonnestelselprogramma onder leiding van Heidi Hammel van AURA. + Verder verkennen

Eerste exoplaneetfoto van James Webb Space Telescope onthuld