NASA:s rymdteleskop James Webb tog sina första bilder och spektra av Mars den 5 september. Teleskopet, ett internationellt samarbete med ESA (European Space Agency) och CSA (Canadian Space Agency), ger ett unikt perspektiv med sin infraröda känslighet på vår grannplanet , som kompletterar data som samlas in av orbiters, rovers och andra teleskop.

Webbs unika observationspost nästan en miljon miles bort vid solen-Jorden Lagrange punkt 2 (L2) ger en vy av Mars observerbara skiva (den del av den solbelysta sidan som är vänd mot teleskopet). Som ett resultat kan Webb ta bilder och spektra med den spektrala upplösning som behövs för att studera kortsiktiga fenomen som dammstormar, vädermönster, säsongsförändringar och i en enda observation, processer som inträffar vid olika tidpunkter (dagtid, solnedgång och nattetid). ) av en Mars-dag.

Eftersom den är så nära är den röda planeten ett av de ljusaste objekten på natthimlen både vad gäller synligt ljus, som mänskliga ögon kan se, och det infraröda ljuset som Webb är designad för att upptäcka. Detta innebär särskilda utmaningar för observatoriet, som byggdes för att upptäcka det extremt svaga ljuset från de mest avlägsna galaxerna i universum. Webbs instrument är så känsliga att utan speciella observationstekniker är det starka infraröda ljuset från Mars bländande, vilket orsakar ett fenomen som kallas "detektormättnad". Astronomer justerade för Mars extrema ljusstyrka genom att använda mycket korta exponeringar, mäta bara en del av ljuset som träffade detektorerna och använda speciella dataanalystekniker.

Webbs första bilder av Mars, tagna av Near-Infrared Camera (NIRCam), visar en region av planetens östra halvklot vid två olika våglängder, eller färger av infrarött ljus. Den första bilden i den här artikeln visar en ytreferenskarta från NASA och Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) till vänster, med de två Webb NIRCam-instrumentens synfält överlagrade. De nära-infraröda bilderna från Webb visas till höger.

NIRCam-bilden med kortare våglängd (2,1 mikron) [överst till höger] domineras av reflekterat solljus och avslöjar således ytdetaljer som liknar de som syns i bilder med synligt ljus [vänster]. Ringarna i Huygens-kratern, den mörka vulkaniska bergarten Syrtis Major, och ljusningen i Hellas-bassängen är alla uppenbara på den här bilden.

NIRCam-bilden med längre våglängd (4,3 mikron) [nedre till höger] visar termisk emission – ljus som avges av planeten när den förlorar värme. Ljusstyrkan hos 4,3 mikron ljus är relaterad till temperaturen på ytan och atmosfären. Den ljusaste regionen på planeten är där solen nästan står ovanför, eftersom det i allmänhet är varmast. Ljusstyrkan minskar mot polarområdena, som får mindre solljus, och mindre ljus sänds ut från det svalare norra halvklotet, som upplever vinter vid den här tiden på året.

Temperaturen är dock inte den enda faktorn som påverkar mängden 4,3 mikron ljus som når Webb med detta filter. När ljus som sänds ut av planeten passerar genom Mars atmosfär, absorberas en del av koldioxid (CO₂ ) molekyler. Hellas Basin – som är den största välbevarade nedslagsstrukturen på Mars, som sträcker sig över mer än 1 200 miles (2 000 kilometer) – verkar mörkare än omgivningen på grund av denna effekt.

"Detta är faktiskt inte en termisk effekt på Hellas," förklarade huvudutredaren, Geronimo Villanueva på NASA:s Goddard Space Flight Center, som utformade dessa Webb-observationer. "Hellasbassängen ligger på en lägre höjd och upplever därmed högre lufttryck. Det högre trycket leder till ett undertryckande av den termiska emissionen vid just detta våglängdsområde [4,1-4,4 mikron] på grund av en effekt som kallas tryckbreddning. Det kommer att bli mycket intressant att riva isär dessa konkurrerande effekter i dessa data."

Villanueva och hans team släppte också Webbs första nära-infraröda spektrum av Mars, vilket visar Webbs förmåga att studera den röda planeten med spektroskopi.

Medan bilderna visar skillnader i ljusstyrka integrerade över ett stort antal våglängder från plats till plats över planeten vid en viss dag och tid, visar spektrumet de subtila variationerna i ljusstyrka mellan hundratals olika våglängder som är representativa för planeten som helhet. Astronomer kommer att analysera egenskaperna hos spektrumet för att samla in ytterligare information om planetens yta och atmosfär.

Detta infraröda spektrum erhölls genom att kombinera mätningar från alla sex högupplösta spektroskopilägena i Webbs Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Preliminär analys av spektrumet visar en rik uppsättning spektrala egenskaper som innehåller information om damm, isiga moln, vilken typ av stenar som finns på planetens yta och atmosfärens sammansättning. De spektrala signaturerna – inklusive djupa dalar som kallas absorptionsegenskaper – av vatten, koldioxid och kolmonoxid kan lätt upptäckas med Webb. Forskarna har analyserat spektraldata från dessa observationer och förbereder ett dokument som de kommer att skicka till en vetenskaplig tidskrift för peer review och publicering.

I framtiden kommer Mars-teamet att använda dessa bilder och spektroskopiska data för att utforska regionala skillnader över planeten och för att söka efter spårgaser i atmosfären, inklusive metan och väteklorid.

Dessa NIRCam- och NIRSpec-observationer av Mars utfördes som en del av Webbs Cycle 1 Guaranteed Time Observation (GTO) solsystemprogram ledd av Heidi Hammel från AURA. + Utforska vidare

Första exoplanetbilden från rymdteleskopet James Webb avslöjad