في أكتوبر 2018 ، سيتم إطلاق تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) إلى المدار. كجزء من برنامج ناسا للجيل القادم من تليسكوب الفضاء ، ستقضي JWST السنوات القادمة في دراسة كل مرحلة من التاريخ الكوني. سيشمل هذا فحص أول ضوء للكون (بسبب الانفجار العظيم) ، وأول مجرات تتشكل ، وكواكب خارجة عن الشمس في أنظمة النجوم القريبة.
بالإضافة إلى كل ذلك ، سيتم تخصيص JWST لدراسة نظامنا الشمسي. كما أعلنت وكالة ناسا مؤخرًا ، فإن التلسكوب سيستخدم قدرات الأشعة تحت الحمراء لدراسة اثنين من "عوالم المحيطات" في نظامنا الشمسي - قمر المشتري يوروبا وقمر زحل إنسيلادوس. وبذلك ، ستضيف إلى الملاحظات التي سبق أن قدمتها وكالة ناسا جاليليو وكاسيني المدارات وتساعد في توجيه البعثات المستقبلية لهذه الأقمار الجليدية.
تم اختيار الأقمار من قبل العلماء الذين ساعدوا في تطوير التلسكوب (المعروف أيضًا باسم مراقبي الوقت المضمون) وبالتالي يتم منحهم امتياز كونهم من بين أول من استخدمه. تمت إضافة يوروبا وإنسيلادوس إلى قائمة أهداف التلسكوب حيث أن أحد أهداف التلسكوب الأساسية هو دراسة أصول الحياة في الكون. بالإضافة إلى البحث عن الكواكب الخارجية الصالحة للسكن ، ترغب وكالة ناسا أيضًا في دراسة الكائنات داخل نظامنا الشمسي.
سيكون أحد المحاور الرئيسية على أعمدة المياه التي لوحظت أنها تخترق الأسطح الجليدية من إنسيلادوس ويوروبا. منذ عام 2005 ، عرف العلماء أن إنسيلادوس لديها أعمدة تنفجر بشكل دوري من منطقتها القطبية الجنوبية ، مما يؤدي إلى تدفق المياه والمواد الكيميائية العضوية التي تعوض الحلقة الإلكترونية لزحل. واكتشفت منذ ذلك الحين أن هذه الأعمدة تصل إلى المحيط الداخلي الموجود تحت سطح إنسيلادوس الجليدي.
في عام 2012 ، اكتشف علماء الفلك الذين يستخدمون تلسكوب هابل الفضائي أعمدة مماثلة قادمة من أوروبا. تم رصد هذه الأعمدة القادمة من نصف الكرة الأرضية للقمر الجنوبي ، ويقدر أنها تصل إلى 200 كيلومتر (125 ميل) في الفضاء. أشارت الدراسات اللاحقة إلى أن هذه الأعمدة كانت متقطعة ، ومن المفترض أن تمطر مياه ومواد عضوية من الداخل إلى السطح.
كانت هذه الملاحظات مثيرة للاهتمام بشكل خاص لأنها عززت حالة وجود يوروبا وإنسيلادوس التي تحتوي على محيطات داخلية بمياه دافئة يمكن أن تؤوي الحياة. ويعتقد أن هذه المحيطات ناتجة عن نشاط جيولوجي في الداخل ناجم عن ثني المد والجزر. بناء على الأدلة التي جمعتها جاليليو و كاسيني المدارون ، افترض العلماء أن هذه الأعمدة السطحية هي نتيجة لهذه العمليات الجيولوجية نفسها.
قد يعني وجود هذا النشاط أيضًا أن لهذه الأقمار فتحات حرارية مائية تقع عند حدود الوشاح الأساسي. على الأرض ، يعتقد أن المنافذ الحرارية المائية (الموجودة في قاع المحيط) لعبت دورًا رئيسيًا في ظهور الحياة. على هذا النحو ، يُنظر إلى وجودها على أجسام أخرى داخل النظام الشمسي كمؤشر محتمل للحياة خارج الأرض.
سيقود الجهود لدراسة هذه "عوالم المحيطات" جيرونيمو فيلانويفا ، عالمة الكواكب في مركز جودارد لرحلات الفضاء التابع لوكالة ناسا. كما أوضح في بيان صحفي أصدرته وكالة ناسا مؤخرًا ، سيتناول هو وفريقه بعض الأسئلة الأساسية:
"هل هم مصنوعون من جليد الماء؟ هل يتم إطلاق بخار الماء الساخن؟ ما هي درجة حرارة المناطق النشطة والمياه المنبعثة؟ ستسمح لنا قياسات تلسكوب ويب بمعالجة هذه الأسئلة بدقة ودقة غير مسبوقين. "
يعد فريق Villanueva جزءًا من جهد أكبر لدراسة النظام الشمسي ، الذي تقوده هايدي هامل - نائب الرئيس التنفيذي لجمعية الجامعات للبحث في علم الفلك (AURA). كما وصفت حملة JWST "Ocean World" لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني:
"سنسعى للحصول على توقيعات لنشاط الريشة على عوالم المحيطات هذه بالإضافة إلى البقع النشطة. مع كاميرا NIRCAM القريبة من الأشعة تحت الحمراء ، سيكون لدينا دقة مكانية كافية فقط لتمييز المناطق العامة للأقمار التي يمكن أن تكون "نشطة" (إنشاء أعمدة). سنستخدم أيضًا التحليل الطيفي (فحص ألوان معينة من الضوء) لاستشعار وجود الماء والميثان والعديد من الأنواع العضوية الأخرى في مادة العمود. "
لدراسة أوروبا ، سيأخذ فيلانويفا وزملاؤه صورًا عالية الدقة عن أوروبا باستخدام كاميرا JWST القريبة من الأشعة تحت الحمراء (NIRCam). ستُستخدم هذه لدراسة سطح القمر والبحث عن النقاط الساخنة التي تشير إلى الأعمدة والنشاط الجيولوجي. بمجرد تحديد عمود ، سيحدد الفريق تكوينه باستخدام مطياف الأشعة تحت الحمراء القريب (NIRSpec) وأداة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (MIRI).
بالنسبة إلى إنسيلادوس ، سيقوم الفريق بتحليل التكوين الجزيئي لأعمدته وإجراء تحليل واسع لخصائصه السطحية. بسبب صغر حجمها ، لن تكون الدقة العالية للسطح ممكنة ، ولكن هذا لا ينبغي أن يكون مشكلة منذ كاسيني لقد رسم المدار بالفعل خريطة لمعظم التضاريس السطحية. وقال كل، كاسيني أمضت السنوات الـ13 الماضية في دراسة نظام زحل وستختتم مرحلة "النهاية النهائية" من مهمتها في 15 سبتمبر.
ويؤمل أن تجد هذه الاستطلاعات أدلة على التوقيعات العضوية في الأعمدة ، مثل الميثان والإيثانول والإيثان. لكي نكون منصفين ، لا توجد ضمانات بأن تتزامن ملاحظات JWST مع أعمدة قادمة من هذه الأقمار ، أو أن الانبعاثات تحتوي على ما يكفي من الجزيئات العضوية لتكون قابلة للكشف. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون هذه المؤشرات ناتجة عن العمليات الجيولوجية.
ومع ذلك ، من المؤكد أن JWST سيوفر دليلاً سيسمح للعلماء بتوصيف المناطق النشطة لهذه الأقمار بشكل أفضل. ومن المتوقع أيضًا أن يكون قادرًا على تحديد المواقع التي ستكون مهمة للبعثات المستقبلية ، مثل مهمة يوروبا كليبر التابعة لوكالة ناسا. تتكون هذه المركبة من المركبة الفضائية والمركبة ، والتي من المتوقع إطلاقها في وقت ما من عشرينيات القرن الماضي ، ستحاول تحديد ما إذا كان يوروبا صالحًا للسكن.
كما أوضح د. هاميل ، تهدف دراسة هذين "أقمار المحيط" أيضًا إلى تعزيز فهمنا لأصول الحياة في الكون:
يعتقد أن هذين القمرين المحيطين يوفران بيئات قد تؤوي الحياة القائمة على الماء كما نعرفها. في هذه المرحلة ، قضية الحياة في مكان آخر غير معروفة تمامًا ، على الرغم من وجود الكثير من التكهنات. بإمكان JWST أن تقربنا أكثر من فهم هذه البيئات التي يمكن أن تكون صالحة للسكن ، وتكمل مهمات المركبات الفضائية الآلية التي يتم تطويرها حاليًا (Europa Clipper) ويمكن التخطيط لها في المستقبل. في الوقت نفسه ، ستقوم JWST بفحص البيئات البعيدة التي يمكن أن تكون صالحة للسكن للكواكب حول النجوم الأخرى. هذان الخطان من الاستكشاف - المحلي والبعيد - يتيحان لنا تحقيق تقدم كبير في البحث عن الحياة في مكان آخر ".
بمجرد نشره ، سيكون JWST أقوى تلسكوب فضائي تم بناؤه على الإطلاق ، معتمدا على ثمانية عشر مرآة مجزأة ومجموعة من الأدوات لدراسة الكون بالأشعة تحت الحمراء. في حين أنه لا يُقصد منه استبدال تلسكوب هابل الفضائي ، فإنه من نواح عديدة الوريث الطبيعي لهذه المهمة التاريخية. ومن المتوقع بالتأكيد أن تتوسع في العديد من أعظم اكتشافات هابل ، وليس أقلها هنا في النظام الشمسي.
تأكد من مشاهدة هذا الفيديو حول أنواع البيانات الطيفية التي ستقدمها JWST في السنوات القادمة ، بإذن من وكالة ناسا:
