År 1610 kikade Galileo Galilei genom ett teleskop och observerade:"Jag har sett Jupiter åtföljd av tre fixstjärnor, helt osynliga av sin litenhet. Planeterna ses väldigt runda, som små fullmånar." Faktum är att det han såg med sina ögon, förstorade av sitt tidiga teleskop, var de största månarna på vårt solsystems största planet, Jupiter. Galileo identifierade så småningom Europa, Callisto, Io och Ganymedes, och de är nu ibland kända som Jupiters "galileiska" satelliter.

Idag skulle Galileos teleskop verka rudimentärt bredvid de mycket större och kraftfullare instrument som astronomer använder. Nyligen släppte det kraftfullaste rymdteleskopet som någonsin byggts och lanserats av mänskligheten sina första bilder till allmänheten.

För alla som är intresserade av astronomi och astrobiologi, vad betyder ett uppdrag som rymdteleskopet Webb? Webb-teleskopet är inte designat för att leta efter liv men skulle kunna låsa upp viktig information om exoplaneternas beboelighet och därmed potentialen för liv bortom vårt solsystem. Men vad innebär det egentligen för forskare idag att "titta" genom ett teleskop som Webb? Jacob Lustig-Yaeger, Erin May och Laura Mayorga, tre forskare i tidiga karriärer från Johns Hopkins Applied Physics Lab, hjälper till att förklara hur livet är som astronom idag.

Hur ser egentligen data från ett rymdteleskop som Webb ut för en astrobiolog?

Teleskopet har många driftslägen som astronomer kommer att använda för olika astronomiska undersökningar. Några av lägena är avbildning som kommer att fånga fantastiska detaljer om olika objekt, liknande de galaxer och nebulosor som Hubble Space Telescope observerade. Men för astronomer som studerar exoplaneter i andra planetsystem (kända som exoplaneter), är vi särskilt intresserade av uppdragets spektroskopiska kapacitet.

Har du någonsin sett en regnbåge dansa på din vägg på grund av ljuset som skiner genom ditt fönster? Det är ett spektrum! Ett spektrum är ett sätt att bryta upp ljus i alla färger som det är gjort av så att vi bättre kan studera det. Den färgglada regnbågen vi är mest bekanta med är vad som händer när du bryter upp solljuset, som är synligt för dina ögon. Men ljus består också av mycket fler "färger" än bara vad våra ögon kan se. Det här teleskopet letar efter "regnbågar" av infrarött ljus, som bara är värme – den typ av ljus som får solen eller en varm ugn att kännas varm.

Teleskopet är dock inte din typiska kamera:dess kameror är uppbyggda av pixlar som är ungefär som en massa hinkar uppsatta i ett rutnät, som en isbricka. Efter att instrumenten bryter upp ljuset i den infraröda regnbågen börjar varje hink fyllas med en specifik ljusfärg. Varje hink räknar mängden ljus som kommer in i den tills den fylls, eller så säger vi till teleskopet att sluta samla ljus.

I verkligheten är de faktiska uppgifterna bara ett gäng siffror som talar om för oss hur mycket ljus teleskopet observerade i de specifika färgerna vi ville samla in. "Bilden" vi får tillbaka visas egentligen bara som en stor svartvit rand, men det är vår infraröda regnbåge! För exoplaneter tar vi ofta många av dessa bilder, en efter en, för att se hur dessa färger förändras över tiden när exoplaneten korsar framför eller bakom sin stjärna.

När data samlas in, hur ser arbetet ut för astronomer dag ut och dag in under de kommande åren?

Kort sagt, astronomer är idag dataforskare som både analyserar data från teleskop och utvecklar och kör simuleringar av de astrofysiska processer som äger rum i universums alla hörn. Majoriteten av astronomerna använder programmeringsspråket Python för det dagliga arbetet, särskilt forskare i tidiga karriärer. För exoplanetastronomer är de flesta av våra verktyg skräddarsydda mjukvarupaket som utformats specifikt för exoplanetdataanalys och modellering, ibland även anpassade till det specifika teleskop vi använder eller skräddarsydda för den typ av exoplanet vi studerar.

När teleskopet samlar in exoplanetdata under de närmaste åren kommer astronomer att gå igenom många steg för att översätta rå teleskopdata till ny kunskap om exoplaneter och deras atmosfärers natur. Som tidigare nämnts börjar data som en serie individuella bilder av den infraröda regnbågen, var och en tagna efter varandra när en exoplanet korsar framför eller bakom sin stjärna. Men mängden ljus varje hink räknar kommer också med mycket ljud. Tänk på det här som att försöka ta en selfie i mörkret:bilden blir lite kornig. Det är för att den är full av ljud och väldigt lite ljus! Observationsastronomer spenderar mycket tid på att försöka hitta alla källor till brus och komma på smarta sätt att ta bort det med hjälp av anpassade datorprogram. När vi har tagit bort bruset från varje infraröd regnbågsbild kan vi skapa vad vi kallar en ljuskurva, ett sätt att visa hur varje ljusfärg förändras över tiden.

När vi observerar exoplaneter letar vi vanligtvis efter ett dopp i ljuset när planeten korsar framför stjärnan, och detta fall ändrar storlek beroende på ljusets färg. När den planeten korsar framför stjärnan, passerar en del stjärnljus genom planetens atmosfär och interagerar med gaserna och molekylerna som den är gjord av. Vi kan använda information om storleken på det doppet för att berätta vad som finns i planetens atmosfär.

Därefter analyserar astronomer exoplanetens spektrum med hjälp av datormodeller för att förstå hur de unika egenskaperna hos exoplanetatmosfären gav upphov till vad teleskopet observerade. Från årtionden av laboratoriemätningar här på jorden vet vi exakt hur enskilda molekyler interagerar med ljus och att varje molekyl har sitt eget unika spektrala fingeravtryck. Det vill säga att varje molekyl interagerar med ljus på ett lite annorlunda sätt, och det gör att vi kan känna igen dem i våra observationer. Med hjälp av dessa principer kör astronomer datorsimuleringar av miljontals olika möjliga atmosfärer som innehåller olika blandningar av gaser för att identifiera vilken cocktail av molekyler som ger bäst överensstämmelse med det spektrum som teleskopet mätte.

Naturligtvis, efter att all analys är klar, är astronomerna inte riktigt klara. Som alla bra vetenskapliga satsningar är de sista stegen att skriva upp alla resultat till ett manuskript som kan granskas, publiceras i en akademisk tidskrift och delas över hela världen. + Utforska vidare

Mindre, markbaserade teleskop kan också studera exoplanetatmosfärer