Первые снимки Марса от телескопа Джеймс Уэбб

Космический телескоп Джеймс Уэбб сделал свои первые изображения Марса. Телескоп обеспечивает уникальную перспективу благодаря своей инфракрасной чувствительности, дополняя данные, собираемые орбитальными аппаратами, марсоходами и другими телескопами.

Уникальный наблюдательный пункт Уэбба, расположенный почти в 1,5 млн. км от Земли в точке Лагранжа 2 (L2), обеспечивает вид наблюдаемого диска Марса (часть освещенной солнцем стороны, обращенной к телескопу). В результате Уэбб может захватывать изображения и спектры со спектральным разрешением, необходимым для изучения краткосрочных явлений, таких как пыльные бури, погодные условия, сезонные изменения и, в одном наблюдении, процессы, происходящие в разное время (дневное время, закат и ночь) марсианского дня.

Поскольку Красная планета находится близко, она является одним из самых ярких объектов в ночном небе как с точки зрения видимого света (который может видеть человеческий глаз), так и с точки зрения инфракрасного света, который Уэбб должен обнаруживать.

Это ставит особые задачи перед обсерваторией, которая была построена для обнаружения чрезвычайно слабого света самых далеких галактик во Вселенной. Приборы Уэбба настолько чувствительны, что без специальных методов наблюдения яркий инфракрасный свет Марса ослепляет их, вызывая явление, известное как «насыщение детектора».

Астрономы скорректировали экстремальную яркость Марса, используя очень короткие экспозиции, измеряя только часть света, попадающего на детекторы, и применяя специальные методы анализа данных.

Первые изображения Марса, сделанные Уэббом с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam), показывают область восточного полушария планеты в двух разных длинах волн или цветах инфракрасного света. На этом изображении слева показана эталонная карта поверхности от НАСА и лазерного альтиметра Mars Orbiter (MOLA) с наложенным полем зрения двух инструментов Webb NIRCam. Справа показаны изображения Уэбба в ближнем инфракрасном диапазоне.

Изображение NIRCam с более короткой длиной волны (2,1 микрона, вверху справа) характеризуется преобладанием отраженного солнечного света и, таким образом, показывает детали поверхности, подобные тем, что видны на изображениях в видимом свете (слева). На этом изображении видны кольца кратера Гюйгенс, темная вулканическая порода Большого Сырта и просветление в бассейне Эллады.

На длинноволновом (4,3 микрона) изображении NIRCam (внизу справа) видно тепловое излучение — свет, испускаемый планетой по мере того, как она теряет тепло. Яркость 4,3-микронного света связана с температурой поверхности и атмосферы.

Самая яркая область на планете — это место, где Солнце находится почти в зените, потому что обычно оно самое теплое. Яркость уменьшается по направлению к полярным областям, которые получают меньше солнечного света, и меньше света излучается из более прохладного северного полушария, где в это время года наступает зима.

Однако температура — не единственный фактор, влияющий на количество 4,3-микронного света, достигающего Уэбба с этим фильтром. Когда свет, излучаемый планетой, проходит через атмосферу Марса, часть его поглощается молекулами углекислого газа (CO2). Бассейн Эллады — крупнейшая хорошо сохранившаяся ударная структура на Марсе, протяженностью более 2000 километров — из-за этого эффекта кажется темнее, чем окружающая среда.

«На самом деле это не тепловой эффект в Элладе», — объяснил главный исследователь Джеронимо Вильянуэва из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА , который разработал эти наблюдения Уэбба. «Бассейн Эллады находится на более низкой высоте, и поэтому испытывает более высокое атмосферное давление. Это более высокое давление приводит к подавлению теплового излучения в этом конкретном диапазоне длин волн (4,1-4,4 мкм) из-за эффекта, называемого расширением давления. Будет очень интересно разобрать эти конкурирующие эффекты в этих данных».

Ученые также выпустили первый ближний инфракрасный спектр Марса, продемонстрировав способность Уэбба изучать Красную планету с помощью спектроскопии.

В то время как изображения показывают различия в яркости, интегрированные по большому количеству длин волн от места к месту по всей планете в определенный день и время, спектр показывает тонкие вариации яркости между сотнями различных длин волн, характерных для планеты в целом. Астрономы проанализируют особенности спектра, чтобы собрать дополнительную информацию о поверхности и атмосфере планеты.

Этот инфракрасный спектр был получен путем объединения измерений всех шести режимов спектроскопии высокого разрешения спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec).

Предварительный анализ спектра показывает богатый набор спектральных признаков, содержащих информацию о пыли, ледяных облаках, о том, какие горные породы находятся на поверхности планеты, и о составе атмосферы. Спектральные характеристики воды, двуокиси углерода и угарного газа, в том числе глубокие провалы, известные как особенности поглощения, легко обнаруживаются с помощью Уэбба. Исследователи анализируют спектральные данные этих наблюдений и готовят статью, которую они представят в научный журнал для рецензирования и публикации.

В будущем марсианская команда будет использовать эти изображения и спектроскопические данные для изучения региональных различий по всей планете и для поиска следов газов в атмосфере, включая метан и хлористый водород.

Эти наблюдения Марса с помощью NIRCam и NIRSpec были проведены в рамках программы Webb Cycle 1 Guaranteed Time Observation (GTO).