Когда 25 декабря 2021 года космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) стартовал из Французской Гвианы, астрономы ожидали, что он позволит получить захватывающие изображения далеких галактик и звездообразующих регионов, а также проанализировать химический состав атмосфер экзопланет. И флагманский космический телескоп НАСА не разочаровал.
JWST уже сделал снимки галактик, расположенных так далеко от Земли, что космическое расширение сместило их свет далеко в инфракрасную часть спектра, для обнаружения которой и предназначен телескоп. А спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) обсерватории даже обнаружил углекислый газ в атмосфере экзопланеты WASP-39 b - первое точное обнаружение этого газа в мире за пределами нашей Солнечной системы.
Но JWST нацелился и ближе к дому. 27 июля астрономы нацелились на Юпитер мощным инфракрасным глазом телескопа. Полученные изображения показывают планету одновременно знакомую и экзотическую. "Мы никогда не видели Юпитер таким. Это просто невероятно", - сказал в своем заявлении главный исследователь Имке де Патер из Калифорнийского университета в Беркли. "Мы не ожидали, что все будет настолько хорошо".
Камера ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) JWST сделала два снимка самой большой планеты нашей Солнечной системы. На поразительном крупном плане (справа), сделанном через три различных фильтра, Юпитер демонстрирует многочисленные облачные полосы, а также штормы и авроральные выбросы. Экваториальная зона охватывает всю планету и выглядит ярко-белой, потому что ее высотная дымка отражает много солнечного света. По этой же причине массивное Большое красное пятно в южном полушарии Юпитера выглядит как яркий овал. Более мелкие бури по всей планете выглядят беловатыми или красновато-белыми.
Голубые оттенки, между тем, показывают облака, расположенные глубже в атмосфере Юпитера, демонстрируя свет, отраженный от основного облачного слоя планеты при давлении около 1 бара (примерно как атмосферное давление на поверхности Земли). Изображение также демонстрирует переход между полосчатыми структурами, наблюдаемыми в экваториальных и средних широтах - любимыми земными наблюдателями, - и более сложными вихрями в высоких широтах.
Массивные авроральные овалы Юпитера выглядят как красноватое свечение вблизи северного и южного полюсов гиганта. Эти излучения исходят от ионизированных атомов водорода, которые распространяются на расстояние до 625 миль (1000 километров) над вершинами облаков. Зеленоватые области вокруг полюсов возникают из-за дымки в атмосфере газового гиганта, расположенной на высоте от 60 до 120 миль (100-200 км). Если внимательно присмотреться, можно проследить этот слой дымки вдоль лимба вплоть до экваториальных широт.
Впечатляющий широкоугольный вид Юпитера (вверху) сочетает в себе изображения через два инфракрасных фильтра. Облака и авроры Юпитера по-прежнему выделяются, но на этом составном снимке появляется гораздо больше деталей. Примером возможностей JWST является способность запечатлеть тусклые и пыльные кольца Юпитера на одном снимке с самой планетой, которая светит в 1 миллион раз ярче колец. На снимке также присутствуют две слабые внутренние луны: Амальтея (155 миль [250 км] в диаметре) и Адрастея (12 миль [20 км] в поперечнике). Адрастея - тусклая точка на краю колец слева от планеты, а Амальтея находится примерно в два раза дальше от края Юпитера.
Фон рассеянного света также пронизывает изображение. Наиболее очевидными источниками являются дифракционные всплески от аврор Юпитера и яркой луны Ио, которая находится сразу за левым краем изображения. Последний всплеск пересекает две видимые луны. Дифракционные всплески возникают в отражающих телескопах, таких как JWST, когда свет взаимодействует со стойками, поддерживающими его вторичное зеркало. Более интригующая форма фонового света проявляется в виде нечетких точек, видимых у левого края Юпитера и разбросанных по всему тексту: Ученые считают, что эти объекты на самом деле являются далекими галактиками, которые фотобомбили изображение.
Цвета на этих изображениях не соответствуют тому, что видит человеческий глаз при наблюдении Юпитера. Ведь наше зрение не улавливает инфракрасное излучение. Но специалисты по обработке изображений для этих потрясающих снимков - гражданский ученый Джуди Шмидт и Рикардо Уэсо из Университета Страны Басков в Испании - отобразили более длинные инфракрасные волны в красную часть видимого спектра, а более короткие - в синюю, имитируя восприятие человеческого глаза видимого света. На изображении диска Юпитера крупным планом команда отобразила длины волн 3,6 микрометра до красно-оранжевого, 2,12 микрометра до желто-зеленого и 1,5 микрометра до голубого. На широкоугольном снимке, показывающем окрестности Земли, они отобразили длины волн 3,35 микрометра до голубого цвета и 2,12 микрометра до оранжевого.
Но хотя эти изображения, безусловно, привлекают внимание, они являются лишь одним из аспектов наблюдательного мастерства JWST; спектроскопические возможности телескопа также используются для изучения Юпитера. 27 июля астрономы сняли спектры Большого красного пятна в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, а 14 и 15 августа провели аналогичные наблюдения в среднем инфракрасном диапазоне. Авроры Юпитера также стали объектом пристального спектроскопического изучения в конце прошлого года.
Ученые JWST возлагают большие надежды на то, что космический телескоп нового поколения сможет рассказать им о системе Юпитера. Исследователи планируют проанализировать облачные слои, состав, температуру, ветры и авроральную активность. Астрономы также хотят лучше понять структуру кольцевой системы Юпитера, что позволит понять, где она зародилась и как будет развиваться. Кроме того, планетологи рассчитывают создать карты поверхности и атмосферы вулканически активной луны Ио и ледяной луны Ганимед. Эти спутниковые наблюдения также позволят найти шлейфы вулканических газов (Ио) и водяного пара (Ганимед).
Это амбициозная задача, но если первые наблюдения JWST что-то доказывают, то это то, что телескоп должен быть более чем способен справиться с этой задачей.
