Az óriásbolygók a JWST szemével
(Rovat: Távoli világok kutatói, A Nap és bolygótestvéreink , Amerika és az űrcsillagászat - 2024.02.03 08:00.)

Bár a James Webb-űrtávcső fő feladatai a korai Világegyetem galaxisainak és az exobolygóknak a vizsgálata, a távcső időről időre a Naprendszer égitestjeire is rápillant.

A Naprendszer bolygóinak megfigyelésénél elsősorban a JWST nagy érzékenységét és a megfigyelhető spektrális tartomány nagy szélességét használják ki. Ugyanakkor kihívást jelent, hogy a bolygók fényessége miatt a detektorok hamar telítődnek, a bolygók pedig a távoli objektumokhoz képest gyorsan látszanak mozogni az égen. Mindenesetre a JWST adta technikai lehetőségek minél teljesebb kihasználása érdekében a Leicesteri Egyetem kutatói Leigh Fletcher vezetésével elindítottál az óriásbolygók légkörét kutató Giant Planet Atmospheres programjukat, hogy minél részletesebb képet kapjanak a gázóriásokról.

Jupiter
A Jupitert már több űrszonda is vizsgálta, illetve vizsgálja közelről, a Galileo 1995–2003 között, a Cassini 2000–2001 fordulóján, mellette elrepülve, jelenleg pedig a Juno. A JWST felvételén a világos területek a magasabban elhelyezkedő felhőket jelzik, a kisebb fehér foltok a konvektív viharok tetején megjelenő magaslati felhők. Emellett a JWST-vel felvették a Jupiter az infravörös tartományra is kiterjedő színképét, amely betekintést engedett a felső légkör folyamataiba, például az összetételébe és a mozgásaiba. Ennek alapján korábban Ricardo Hueso, a Baszk Tartományi Egyetem kutatója erős egyenlítői futóáramlást (jet stream) fedezett fel a Jupiteren. A Giant Planets program keretében a továbbiakban a nagy vörös foltot szándékoznak tüzetesebben megvizsgálni.

A James Webb-űrtávcső megdöbbentő részletességgel alkot képet a Jupiterről. Az ionizált hidrogén (piros) kirajzolja a sarkok körüli sarkifény-gyűrűt, a zöld szín pedig a légköri párát jelzi. A képen a bolygó egyenlítője és a nagy vörös folt fehérnek látszik, akárcsak a többfelé látható, kisebb felhőörvények, míg a felhőkben szegényebb területek sötétnek látszanak. [Kép: NASA / ESA / Jupiter Early Release Science team; képfeldolgozás: Ricardo Hueso (UPV / EHU) és Judy Schmidt]

Szaturnusz
A Cassini szonda 13 éven keresztül vizsgálta a Szaturnuszt, ezeket a méréseket egészítik ki a JWST-vel szerzett adatok. Akárcsak a Jupiterről, a Szaturnuszról is készült a légkör tulajdonságairól árulkodó színkép a JWST-vel. A távcső közeli infravörös spektrográfjának (NIRSpec) egyik egysége az Integral Field Unit (IFU), ez az eszköz a készített kép minden egyes pixeljéhez elkészíti az adott képpont spektrumát. A műszerrel egyes molekulák, például a propán, a benzol és más szénhidrogének jelenlétét és mozgását vizsgálhatják. A mérési eredmények a bolygó északi félgömbjén a szénhidrogének mennyiségének erőteljes csökkenését mutatták ki. Feltételezik, hogy a 2025-ös napéjegyenlősége felé közeledő bolygón ezzel párhuzamosan a déli félgömb légkörében megnőtt a szénhidrogének mennyisége.

A Szaturnusz és néhány holdja a JWST NIRCam műszerével 2023. június 25-én készült felvételen. A monokróm felvétel 3,23 mikrométer hullámhosszon készült, a bolygó fényességét a narancssárga színárnyalat érzékelteti. A gyűrűk a vízjég jó fényvisszaverő képességének köszönhetően ragyogóan fényesek, a bolygó korongja viszont sötét, mert a metán 3,23 mikrométeren jól elnyeli a fényt. [Kép: NASA / ESA / CSA / STScI / M. Tiscareno (SETI Institute) / M. Hedman (University of Idaho) / M. El Moutamid (Cornell University) / M. Showalter (SETI Institute) / L. Fletcher (University of Leicester) / H. Hammel (AURA); képfelfolgozás: J. DePasquale (STScI)]

Uránusz
Az rendkívül hideg (még a Neptunusznál is hidegebb) Uránusz alig bocsát ki infravörös sugárzást. Eddig egyetlen űreszköz figyelte meg közelről, az 1986-ban a közelében elrepülő Voyager–2. A bolygó infravörös spektrumát a JWST előtt még soha nem vizsgálták. Michael Roman (ugyancsak a Leicesteri Egyetem kutatója) arról számolt be, hogy az aeroszolok három függőleges rétegét fedezték fel a bolygó légkörében. Azonosítottak egy kiterjedt páraréteget, valamint az 1 és 2 bar nyomás közötti magasságban a fényt erősen szóró réteget, amelyik a poláris vidék erős fényléséért felelős. A megfigyelések arra engednek következtetni, hogy ezek alatt, 2–5 bar közötti magasságban újabb felhőréteg helyezkedhet el. Az Uránuszról készült felvételeken követhetők a légkör változásai, valamint láthatók az Uránusz holdjai, amelyeket tovább szándékoznak vizsgálni a JWST-vel.

A JWST NIRCam kamerájával az Uránuszról készített képen jól látszanak a bolygó körüli gyűrűk, beleértve a bolygóhoz legközelebbi, rendkívül halvány és diffúz Dzéta-gyűrűt. (Kép: NASA / ESA / CSA / STScI)

A nagy látószögű felvételen az Uránusz 27 holdja közül 9 a bolygóhoz közeli, apró hold látható, valamint az öt nagyobb és fényesebb, régebb óta ismert, távolabbi hold. (Kép: NASA / ESA / CSA / STScI)

Neptunusz
Az Uránuszhoz hasonlóan a Neptunusz is meglehetősen halvány az infravörös tartományban, kivéve azokat a területeket, ahol nagy magasságú felhők vannak jelen. A bolygó korongján a metán elnyeli az infravörös sugárzást, a magasban lévő felhők viszont fényes foltok és sávok formájában tűnnek fel, mert ezek jól visszaverik a napfényt, még mielőtt a metángáz elnyelné. Eddig a Neptunuszt is csak a Voyager–2 vizsgálta, amikor 1989-ben elrepült mellette. Az akkori felvételeken találták meg a bolygó gyűrűit, amelyek azonban nem összefüggő, hanem csomós alakzatoknak látszottak. Most a JWST meglepő részletességgel vizsgálta a gyűrűket. A bolygó légköre hasonló az Uránuszéhoz és a Szaturnuszéhoz. A JWST rövidebb expozíciós idejű felvételein látható a fényes poláris örvény és a déli poláris alakzatnak nevezett felhőcsoport, valamint egy emissziós gyűrű a déli pólus körül, amelyet eddig nem ismertek a csillagászok. A képeken a Neptunusz több holdja is látható, köztük a legnagyobb, és az infravörös tartományban magát a bolygót is túlragyogó Triton.

A JWST NIRCam kamerájával készült felvétel a Neptunuszról. (Kép: NASA / ESA / CSA / STScI)

Az előző felvétel nagyobb látószögű változata, balra fent a Tritonnal, a bolygó legnagyobb holdjával. A Triton jóval fényesebbnek látszik a bolygónál, mert a vizsgált infravörös tartományban a Neptunusz légkörében lévő metán abszorpciója miatt a bolygó korongja sötét, a Triton viszont a ráeső napfény 70%-át visszaveri. (Kép: NASA / ESA / CSA / STScI)