Apa yang ditemukan Teleskop Luar Angkasa James Webb pada tahun pertamanya (Bagian 01)

Hai semuanya. Senang rasanya bisa kembali ke Royal Institution untuk peristiwa penting ini, dan saya tidak percaya ini sudah setahun berlalu, namun kami telah berhasil melakukan banyak hal di tahun itu. Aku akan melalui semua itu. Saya memulai perjalanan saya dengan mengambil gelar Magister Fisika dan Astrofisika terintegrasi selama empat tahun di Universitas Leicester. Saya beristirahat selama lima tahun dan kemudian kembali ke Leicester untuk mengambil gelar PhD.

Tesis saya mempelajari atmosfer Raksasa Es, Uranus, dan Neptunus, dan saya pindah ke sini ke AS pada bulan Oktober 2021. Dan saya sudah berada di luar Washington DC di Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA, sejak saat itu mengerjakan JWST. Dan kontrak saya akan segera berakhir dan saya akan kembali ke Inggris pada bulan Oktober tahun ini.

Jadi saya sangat senang berada di rumah dan begitu pula ibu saya. Ibuku sangat gembira menerimaku kembali. Inilah yang diharapkan dari pembicaraan saya hari ini. Saya akan mulai dari awal dan menjelaskan apa itu JWST dan bagaimana JWST digunakan dalam ilmu tata surya. Saya akan memberikan gambaran singkat tentang bagaimana kita menyiapkan teleskop untuk sains. Lalu kita akan melanjutkan perjalanan melintasi tata surya untuk melihat apa yang dilihat dan ditemukan JWST tahun ini, banyak sekali.

Siklus 1 adalah tahun pertama yang baru berakhir pada akhir bulan Juni, selanjutnya saya akan melihat ke depan dan apa yang diharapkan dari Siklus 2. Dan Siklus 2 adalah tahun yang baru saja dimulai. Dan juga melampaui siklus teleskop di masa depan. Jadi mari kita perkenalkan pahlawan kita hari ini, yang kita semua rayakan, JWST, dan kegunaannya untuk ilmu tata surya.

Jadi apa itu JWST?

Ya, ini adalah teleskop yang besar, salah satu teleskop terbesar dan terkuat serta terbesar yang pernah kami kirim ke luar angkasa. Ia memiliki cermin utama 6,5 meter yang terbuat dari 18 segmen bergerak terpisah yang semuanya berlapis emas dan terbuat dari berilium. Dan ia memiliki empat instrumen ilmiah yang bekerja pada panjang gelombang inframerah yang semuanya ditempatkan di belakang cermin. Ini memiliki pelindung matahari lima lapis ukuran lapangan tenis untuk menjaganya tetap dingin dan menjaga instrumen dan cermin terlindung dari sinar matahari. Dan sebagian besar dibangun untuk melihat benda-benda astrofisika yang jauh, seperti galaksi, bintang, dan nebula. Namun sejak awal fase konsep ketika ia dirancang dan dipikirkan, para ilmuwan ingin dapat melihat tata surya kita juga dengannya.

Gambar di sebelah kanan ini adalah desain konsep paling awal untuk apa yang disebut JWST sebelum menjadi JWST dan merupakan Next Generation Space Telescope, atau NGST, yang pertama kali dibuat pada tahun 1989. Dan pada tahun 1990-an, Grafik di sini yang Anda lihat dibuat oleh para ilmuwan di Goddard, dan ini menunjukkan banyak kesamaan dengan JWST yang kita kenal sekarang. Termasuk cermin besar yang dapat dipasang, desain teleskop terbuka, dan pelindung matahari multi-lapis yang besar. Dan pembangunannya merupakan kolaborasi internasional antara NASA di AS, Badan Antariksa Eropa, termasuk Inggris yang memiliki peran besar dalam salah satu instrumen, dan juga dalam pembangunan semuanya, dan Badan Antariksa Kanada.

JWST adalah penerus Teleskop Luar Angkasa Hubble


Banyak yang mengatakan bahwa JWST adalah penerus Teleskop Luar Angkasa Hubble. Saya selalu ingin mengoreksinya karena ini merugikan Hubble yang masih kuat, sangat kuat hingga saat ini. Dan dalam hal teleskop luar angkasa, Hubble masih menjadi contoh yang paling terkenal, meskipun JWST kini sedikit mengejar ketertinggalannya. Jadi Hubble diluncurkan pada tahun 1990. Sebenarnya diluncurkan dua bulan sebelum saya lahir, jadi usia kami sama. Dan pada saat itu, tempat ini jauh lebih sibuk daripada saya karena telah melakukan lebih dari 1,5 juta pengamatan dan menghasilkan gambar tata surya yang indah seperti yang ada di sini.

Foto Pilar Penciptaan


Ini adalah contoh planet yang diamati mulai dari Mars hingga Neptunus. Dan animasi di sini menunjukkan besarnya ukuran kedua observatorium tersebut. Cermin JWST memiliki luas lima kali lebih besar dari cermin Hubble, dan Anda dapat melihat seseorang di sana untuk skalanya. Dan Hubble dan JWST benar-benar saling melengkapi dan mereka telah bekerja sama dengan sangat efektif selama setahun terakhir, yang juga akan saya tunjukkan nanti. Dan mereka bekerja pada pita panjang gelombang yang berbeda, itulah mengapa mereka saling melengkapi.

Teleskop tersebut bukanlah jenis teleskop yang sama. Jadi Hubble melihat sebagian besar pada panjang gelombang tampak, sedangkan JWST melihat pada panjang gelombang yang lebih panjang yang melampaui spektrum merah. Jadi ini disebut inframerah, dan kita merasakan kisaran ini sebagai panas. Jadi JWST seperti versi kamera keamanan night vision yang sangat mahal. Bagilah bagian tengahnya, semua yang di sebelah kiri adalah panjang gelombang tampak dari Hubble, dan semua yang di sebelah kanan adalah panjang gelombang inframerah dari JWST.

Kita melihat gambar latar belakang, pilar penciptaan yang terkenal menunjukkan bagaimana kita dapat melihat melalui gas dan debu yang dingin itu untuk melihat bintang-bintang panas terbentuk di bawahnya. Dan bagi ilmu keplanetan, hal ini juga berguna karena kita dapat melihat menembus kabut atmosfer dan melihat ketinggian, ciri-ciri, dan komposisi yang berbeda-beda, dan kita dapat melihat ciri-ciri di sebelah kanan gambar Yupiter yang tidak terlihat atau lebih sulit untuk dilihat. daripada yang terlihat di sebelah kiri. Namun kita juga dapat melihat bahwa kedua gambar tersebut menunjukkan hal yang sangat berbeda. Keduanya sangat berguna untuk ilmu tata surya, terutama jika kita menggabungkan keduanya.

Teleskop Spitzer


Teleskop luar angkasa lainnya, salah satu favorit saya adalah Spitzer, karena menggunakan inframerah juga. Spitzer sebenarnya adalah pendahulu JWST, dan diluncurkan pada generasi teleskop yang sama dengan Hubble. Ia diluncurkan pada tahun 2003 dan dinonaktifkan baru-baru ini pada bulan Januari 2020. Jadi ia berada di orbit belakang Bumi, sehingga ia mengikuti kita mengelilingi matahari, dan ia sangat kecil dibandingkan dengan dua lainnya yang mempunyai cermin selebar 0,85 meter, jadi kurang dari satu meter.

And for telescopes, we always want a mirror to be as big as we can get it. A larger mirror means we can collect more photons, which means we can look at things that are more distant, further away, things that are dimmer, colder, and also smaller objects. And JWST's mirror has an area more than 45 times greater than Spitzer's mirror. And one of my favorite facts is the Spitzer mirror is the same size as the secondary mirror on the JWST.

Pada diagram JWST tersebut, diagram sekunder adalah diagram di ujung boom yang memantulkan cahaya kembali ke instrumen. Dan ukurannya sama dengan cermin Spitzer. Ini benar-benar menunjukkan seberapa besar JWST dan seberapa banyak cahaya yang dapat dikumpulkannya. Dan penelitian PhD saya menggunakan Spitzer, itulah mengapa saya penggemar beratnya. Saya menggunakannya untuk melihat Uranus dan Neptunus sebagai persiapan JWST.

Jadi bagaimana cara kerja teleskop seperti JWST?

Tugas utama teleskop apa pun adalah melihat benda-benda yang jauh, dan JWST mengumpulkan cahaya dari benda-benda jauh dan memfokuskannya ke berbagai instrumen yang ditempatkan di belakang cermin. Dan 18 segmen heksagonal terpisah tersebut semuanya dapat bergerak secara mandiri sehingga kami dapat menyesuaikan fokus dari jarak jauh kapan saja. Dan ketika cahaya tersebut terfokus pada instrumen, JWST menyimpan data observasi tersebut, informasi tentang berapa banyak foton yang diperolehnya.

Namun kemudian kita harus mengembalikan data tersebut ke Bumi, melintasi jarak 1,5 juta kilometer ini berarti jarak 1 juta mil, dan data tersebut dikirim ke jaringan Deep Space yang disebut DSN. Dan ada sejumlah piringan besar yang berlokasi di seluruh dunia yang menerima data ini dan kemudian mengirimkannya ke Institut Sains Teleskop Luar Angkasa atau STScI, yang memproses dan menyimpan data sehingga ilmuwan seperti saya dapat mengaksesnya.

Saya ingin berbicara lebih banyak tentang STScI. Letaknya di Baltimore, tidak jauh dari tempat saya berada, dan memainkan peran sentral di JWST. Saya telah menyebutkan bahwa mereka menyimpan dan mendistribusikan data yang diperoleh dari teleskop, dan di sana juga terdapat ruang kendali operasi JWST tempat ia mengoperasikan observatorium dan instrumennya. Dan ada foto saya di tengah sana bersama rekan saya di luar ruangan itu karena mereka tidak mengizinkan Anda masuk, tidak peduli seberapa banyak Anda meminta untuk masuk. Dan ilmuwan STScI menganalisis banyak data.

Mereka menghasilkan sebagian besar gambar rilis publik yang mungkin pernah Anda lihat. Dan mereka juga adalah orang-orang yang dituju oleh para ilmuwan seperti saya ketika mereka membutuhkan jawaban atas pertanyaan tentang teleskop, atau pertanyaan tentang data. Dan mereka juga merencanakan observasi, kapan dan bagaimana melakukannya. Jadi banyak pahlawan tanpa tanda jasa berada di STScI di Baltimore.

Ada empat instrumen di JWST yang semuanya ditempatkan di ISIM, atau Modul Instrumen Sains Terpadu yang terletak di belakang cermin. Dan kita memiliki Sensor Panduan Halus atau Pencitra Inframerah Dekat dan Spektrograf Tanpa Celah. Itu adalah instrumen gabungan. Jadi dianggap hanya satu instrumen padahal fungsinya dua. Kami menyebutnya instrumen FGS NIRIS. Lalu kita memiliki Kamera Inframerah Dekat, atau NIRCam, Spektrograf Inframerah Dekat, atau NIRSpec, dan Instrumen Inframerah Tengah, MIRI. Dan instrumen ini memberikan kemampuan pencitraan dan spektroskopi di seluruh rentang spektrum. Dan itu mulai dari inframerah dekat hingga inframerah tengah.

Semua instrumen yang dimulai dengan dekat berada dalam spektrum inframerah dekat, paling dekat dengan merah dalam spektrum, sedangkan MIRI adalah satu-satunya yang bekerja dalam inframerah-tengah yang berada pada panjang gelombang yang lebih panjang, ke dalam emisi termal atau lebih jauh ke dalam emisi termal. Jadi pencitraan lebih mudah untuk dibicarakan karena kamera kita ada di ponsel, bahkan mata kita sendiri yang melakukan pencitraan sepanjang waktu.

Namun saya juga akan membahas sedikit tentang spektrum dan spektroskopi karena ini adalah salah satu aspek yang paling menarik dari para ilmuwan JWST 2. Mudah-mudahan setelah ini Anda akan memahami lebih banyak tentang mengapa para ilmuwan begitu bersemangat dengan beberapa baris yang biasanya terlihat membosankan. JWST memiliki enam mode spektroskopi yang berbeda, namun prinsip utama di balik semuanya sama.

Kami membagi cahaya menjadi beberapa panjang gelombang dan atau warna berbeda, dan kami mengukur berapa banyak cahaya yang ada pada masing-masing warna tersebut, dan itu memberi kami spektrum seperti plot di atas. Spektrum simulasi ini menunjukkan jenis molekul yang dapat dideteksi menggunakan spektrum di daerah pembentuk bintang seperti nebula elang. Dan sebenarnya mode spektroskopi paling menarik yang akan saya sebutkan bagi para ilmuwan tata surya adalah mode IFU atau mode Integral Field Unit. Dan IFU berarti kita tidak harus memilih apakah kita mendapatkan gambar atau spektrum, kita sebenarnya mendapatkan keduanya.

Setiap piksel dalam gambar yang Anda ambil memiliki spektrum yang dapat kita lihat, spektrum yang sangat detail, dan kita akan melihat betapa bermanfaatnya hal itu pada saat saya mendalami ilmu pengetahuan. Sulit dipercaya semua gambar ini dirilis setahun yang lalu. Sudah lama sekali, tapi juga hanya lewat begitu saja. Ini sangat berguna untuk mengingatkan kita tentang empat tema sains utama JWST dan alasan mengapa JWST dibangun.

Kita melihat cahaya pertama yang melihat ke belakang selama 13,5 miliar tahun untuk melihat bintang-bintang dan galaksi pertama yang terbentuk di alam semesta awal. Kita memiliki galaksi yang membantu kita memahami bagaimana galaksi berkumpul selama miliaran tahun dan melihat melalui debu untuk melihat di mana bintang dan sistem planet dilahirkan. Namun tidak ada cara yang lebih baik untuk mempelajari cara kerja sistem planet. Sistem planet pada asal usul kehidupan tanpa melihat planet kita sendiri, banyak orang langsung berpikir tentang exoplanet. Namun tata surya kita sangat penting bagi kawasan ini. Dan sekitar 7% dari observasi tahun pertama JWST dikhususkan untuk tata surya kita.


Pemateri: Prof. Naomi Rowe-Gurney
Judul Asli: What has the James Webb Space Telescope discovered in its first year
Sumber: https://www.youtube.com/@TheRoyalInstitution


Komentar