Júpiter, llamado así por el rey de los antiguos dioses romanos, comanda su propia mini-versión de nuestro sistema solar de satélites en círculo; sus movimientos convencieron a Galileo Galilei de que la Tierra no es el centro del universo a principios del siglo XVII. Más de 400 años después, Los astrónomos utilizarán el telescopio espacial James Webb de la NASA para observar estos famosos sujetos, impulsando los instrumentos del observatorio a su máxima capacidad y sentando las bases para un descubrimiento científico de gran alcance.

Un equipo diverso de más de 40 investigadores, dirigido por los astrónomos Imke de Pater de la Universidad de California, Berkeley y Thierry Fouchet del Observatoire de Paris, han diseñado un ambicioso programa de observación que llevará a cabo algunas de las primeras observaciones científicas de Webb en el sistema solar:el estudio de Júpiter, su sistema de anillos, y dos de sus lunas:Ganimedes e Io.

"Será un experimento realmente desafiante, "dijo De Pater." Júpiter es tan brillante, y los instrumentos de Webb son tan sensibles, que observar tanto el planeta brillante como sus anillos y lunas más débiles será una prueba excelente de cómo aprovechar al máximo la tecnología innovadora de Webb ".

Júpiter

Además de calibrar los instrumentos de Webb para el brillo de Júpiter, Los astrónomos también deben tener en cuenta la rotación del planeta, porque Júpiter completa un día en solo 10 horas. Se deben unir varias imágenes en un mosaico para capturar completamente un área determinada:la famosa tormenta conocida como la Gran Mancha Roja, por ejemplo, una tarea que se vuelve más difícil cuando el objeto mismo se está moviendo. Si bien muchos telescopios han estudiado Júpiter y sus tormentas, El gran espejo y los potentes instrumentos de Webb proporcionarán nuevos conocimientos.

"Sabemos que la atmósfera inmediata sobre la Gran Mancha Roja es más fría que otras áreas de Júpiter, pero a mayores altitudes, en la mesosfera, la atmósfera parece ser más cálida. Usaremos Webb para investigar este fenómeno, "Dijo De Pater.

Webb también examinará la atmósfera de la región polar, donde la nave espacial Juno de la NASA descubrió grupos de ciclones. Los datos espectroscópicos de Webb proporcionarán muchos más detalles de los que han sido posibles en observaciones pasadas, midiendo los vientos, partículas de nubes, composición del gas, y temperatura.

Las futuras observaciones del sistema solar de los planetas gigantes con Webb se beneficiarán de las lecciones aprendidas en estas primeras observaciones del sistema joviano. El equipo tiene la tarea de desarrollar métodos para trabajar con observaciones Webb de planetas del sistema solar, que puede ser utilizado posteriormente por otros científicos.

Anillos

Los cuatro planetas gigantes gaseosos del sistema solar tienen anillos, siendo Saturno el más destacado. El sistema de anillos de Júpiter se compone de tres partes:un anillo principal plano; un halo dentro del anillo principal, con forma de lente doble convexa; y el anillo de gasa, exterior al anillo principal. El sistema de anillos de Júpiter es excepcionalmente débil porque las partículas que forman los anillos son tan pequeñas y escasas que no reflejan mucha luz. Junto al brillo del planeta prácticamente desaparecen, presentando un desafío para los astrónomos.

"Realmente estamos llevando las capacidades de algunos de los instrumentos de Webb al límite para obtener un nuevo conjunto único de observaciones, "dijo el co-investigador Michael Wong de la Universidad de California, Berkeley. El equipo probará estrategias de observación para lidiar con la luz dispersa de Júpiter, y construir modelos para que los usen otros astrónomos, incluidos los que estudian exoplanetas que orbitan estrellas brillantes.

El equipo también buscará hacer nuevos descubrimientos en los anillos. De Pater señaló que puede haber "lunares efímeros" no descubiertos en el sistema de anillos dinámicos, y posibles ondas en el anillo por impactos de cometas, como los observados y rastreados hasta el impacto del cometa Shoemaker-Levy 9 en 1994.

Ganimedes

Varias características del helado Ganímedes lo hacen fascinante para los astrónomos. Aparte de ser la luna más grande del sistema solar, y más grande incluso que el planeta Mercurio, es la única luna conocida que tiene su propio campo magnético. El equipo investigará las partes más externas de la atmósfera de Ganímedes, su exosfera, para comprender mejor la interacción de la luna con las partículas del campo magnético de Júpiter.

También hay evidencia de que Ganímedes puede tener un océano de agua salada líquida debajo de su espesa superficie de hielo, que Webb investigará con un estudio espectroscópico detallado de sales de superficie y otros compuestos. La experiencia del equipo en el estudio de la superficie de Ganímedes puede ser útil en el estudio futuro de otras lunas heladas del sistema solar que se sospecha tienen océanos subterráneos. incluyendo la luna de Saturno Encelado y su compañero satélite joviano Europa.

Io

En dramático contraste con Ganímedes está la otra luna que estudiará el equipo, Io, el mundo más volcánicamente activo del sistema solar. La superficie dinámica está cubierta por cientos de enormes volcanes que empequeñecerían a los de la Tierra, así como lagos de lava fundida y suaves llanuras aluviales de lava solidificada. Los astrónomos planean usar Webb para aprender más sobre los efectos de los volcanes de Io en su atmósfera.

"Todavía hay mucho que no sabemos sobre la estructura de la temperatura atmosférica de Io, porque no hemos tenido los datos para distinguir la temperatura a diferentes altitudes, ", dijo De Pater." En la Tierra, damos por sentado que al subir una montaña, el aire se enfría, ¿sería lo mismo en Io? Ahora mismo no lo sabemos pero Webb puede ayudarnos a averiguarlo ".

Otro misterio que Webb investigará en Io es la existencia de "volcanes sigilosos, "que emiten columnas de gas sin el polvo que refleja la luz que puede ser detectado por naves espaciales como las misiones Voyager y Galileo de la NASA, y hasta ahora han pasado desapercibidos. La alta resolución espacial de Webb podrá aislar volcanes individuales que anteriormente habrían aparecido como un gran punto de acceso, permitiendo a los astrónomos recopilar datos detallados sobre la geología de Io.

Webb también proporcionará datos sin precedentes sobre la temperatura de los puntos calientes de Io, y determinar si están más cerca del vulcanismo en la Tierra hoy, o si tienen una temperatura mucho más alta, similar al medio ambiente en la Tierra en los primeros años después de su formación. Las observaciones anteriores de la misión Galileo y los observatorios terrestres han insinuado estas altas temperaturas; Webb hará un seguimiento de esa investigación y proporcionará nuevas pruebas que puedan resolver la cuestión.

Esfuerzo de equipo

Las observaciones detalladas de Webb no suplantarán a las de otros observatorios, sino coordinar con ellos, Wong explicó. "Las observaciones espectroscópicas de Webb cubrirán solo una pequeña área del planeta, para que las vistas globales de los observatorios terrestres puedan mostrar cómo los datos detallados de Webb encajan con lo que está sucediendo a mayor escala, similar a cómo Hubble y el Observatorio Gemini proporcionan contexto para el estrecho, observaciones de cerca ".

Sucesivamente, El estudio de Webb de las tormentas y la atmósfera de Júpiter complementará los datos de Juno, incluidas las señales de radio de los rayos, que Webb no detecta. "Ningún observatorio o nave espacial puede hacerlo todo, "Wong dijo, "por lo que estamos muy entusiasmados con la combinación de datos de múltiples observatorios para decirnos mucho más de lo que podríamos aprender de una sola fuente".

Esta investigación se lleva a cabo como parte de un programa Webb Early Release Science (ERS). Este programa proporciona tiempo para proyectos seleccionados al principio de la misión del observatorio, permitiendo a los investigadores aprender rápidamente cuál es la mejor manera de utilizar las capacidades de Webb, al mismo tiempo que produce una ciencia sólida.

El telescopio espacial James Webb será el principal observatorio de ciencias espaciales del mundo cuando se lance en 2021. Webb resolverá misterios en nuestro sistema solar, mira más allá a mundos distantes alrededor de otras estrellas, y sondear las misteriosas estructuras y orígenes de nuestro universo y nuestro lugar en él. Webb es un programa internacional dirigido por la NASA con sus socios, ESA (Agencia Espacial Europea) y Agencia Espacial Canadiense.