NASA's James Webb Space Telescope heeft 5 september de eerste beelden en spectra van Mars gemaakt. De telescoop, een internationale samenwerking met ESA (European Space Agency) en CSA (Canadian Space Agency), biedt met zijn infraroodgevoeligheid een uniek perspectief op onze buurplaneet, als aanvulling op de gegevens die worden verzameld door baanraketten, zwervers en andere telescopen.
De unieke waarnemingspost van Webb op bijna een miljoen mijl afstand op het Lagrangepunt Zon-Aarde 2 (L2) biedt zicht op de waarneembare schijf van Mars (het gedeelte van de zonverlichte zijde dat naar de telescoop is gericht). Daardoor kan Webb beelden en spectra vastleggen met de spectrale resolutie die nodig is om kortetermijnverschijnselen zoals stofstormen, weerpatronen, seizoensgebonden veranderingen en, in één enkele waarneming, processen die zich op verschillende tijdstippen (dag, zonsondergang en nacht) van een Marsdag voordoen, te bestuderen.
Omdat hij zo dichtbij is, is de Rode Planeet een van de helderste objecten aan de nachtelijke hemel, zowel in zichtbaar licht (dat menselijke ogen kunnen zien) als in het infrarode licht waarvoor Webb is ontworpen. Dit vormt een bijzondere uitdaging voor het observatorium, dat is gebouwd om het uiterst zwakke licht van de meest afgelegen sterrenstelsels in het heelal te detecteren. De instrumenten van Webb zijn zo gevoelig dat zonder speciale waarnemingstechnieken het felle infrarode licht van Mars verblindend is. Astronomen hebben de extreme helderheid van Mars gecorrigeerd door zeer korte belichtingen te gebruiken, slechts een deel van het licht dat de detectoren bereikt te meten en speciale technieken voor gegevensanalyse toe te passen.
Webb's eerste beelden van Mars, gemaakt door de Near-Infrared Camera (NIRCam), tonen een regio van het oostelijk halfrond van de planeet op twee verschillende golflengtes, of kleuren infrarood licht. Deze afbeelding toont links een referentiekaart van NASA en de Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA), met daaroverheen de twee beeldvelden van het Webb NIRCam-instrument. De nabij-infraroodbeelden van Webb zijn rechts te zien.
Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team
Het NIRCam-beeld op kortere golflengte (2,1 micron) [rechtsboven] wordt gedomineerd door gereflecteerd zonlicht, en toont dus oppervlaktedetails die vergelijkbaar zijn met die op beelden met zichtbaar licht [links]. De ringen van de Huygens-krater, het donkere vulkanische gesteente van Syrtis Major en de verheldering in het Hellas-bekken zijn allemaal zichtbaar in dit beeld. Het NIRCam-beeld op langere golflengte (4,3 micron) [rechtsonder] toont de thermische emissie - licht dat de planeet afgeeft als hij warmte verliest. De helderheid van het 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 daar over het algemeen het warmst is. De helderheid neemt af naar de poolgebieden toe, die minder zonlicht ontvangen, en er wordt minder licht uitgezonden vanaf het koelere noordelijk halfrond, waar het in deze tijd van het jaar winter is.
De temperatuur is echter niet de enige factor die van invloed is op de hoeveelheid 4,3-micronlicht die Webb met dit filter bereikt. Als het licht van de planeet door de atmosfeer van Mars gaat, wordt een deel geabsorbeerd door koolstofdioxide (CO2)-moleculen. Het Hellas Basin - de grootste goed bewaarde inslagstructuur op Mars, die meer dan 2.000 kilometer beslaat - 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 ondervindt dus een hogere luchtdruk. Die hogere druk leidt tot een onderdrukking van de thermische emissie in dit specifieke golflengtegebied [4,1-4,4 micron] door een effect dat drukverbreding wordt genoemd. Het zal zeer interessant zijn om deze concurrerende effecten in deze gegevens uit elkaar te houden."
Villanueva en zijn team hebben ook Webb's eerste nabij-infraroodspectrum van Mars vrijgegeven, waarmee Webb's vermogen om de Rode Planeet met spectroscopie te bestuderen wordt aangetoond. Terwijl de beelden verschillen in helderheid tonen, 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.
Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team
Dit infraroodspectrum is verkregen door metingen van alle zes de hoge-resolutiespectroscopiemodi van Webb's Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) te combineren. Voorlopige analyse van het spectrum laat een rijke reeks spectrale kenmerken zien die informatie bevatten over stof, ijzige wolken, het soort gesteente op het planeetoppervlak en de samenstelling van de atmosfeer. De spectrale kenmerken - waaronder diepe dalen die bekend staan als absorptiekenmerken - van water, kooldioxide en koolmonoxide zijn met Webb gemakkelijk op te sporen. De onderzoekers hebben de spectrale gegevens van deze waarnemingen geanalyseerd en bereiden een artikel voor dat zij aan een wetenschappelijk tijdschrift zullen voorleggen voor collegiale toetsing en publicatie.
In de toekomst zal het Marsteam deze beeld- en spectroscopische gegevens gebruiken om regionale verschillen op de planeet te onderzoeken en te zoeken naar sporengassen in de atmosfeer, waaronder methaan en waterstofchloride. Deze NIRCam- en NIRSpec-observaties van Mars zijn uitgevoerd in het kader van Webb's GTO-programma (Guaranteed Time Observation) voor het zonnestelsel, onder leiding van Heidi Hammel van AURA.
Bron: Margaret Carruthers, Space Telescope Science Institute
