Los datos obtenidos con la primera observación de Webb a Marte equivalen a años de investigación. El telescopio realizó imágenes com la cámara de infrarrojo cercana (NIRCam) y realizo un combinando de mediciones de los seis modos de espectroscopia de alta resolución del espectrógrafo de infrarrojo cercano (NIRSpec).
El Telescopio Espacial James Webb de la NASA capturó sus primeras imágenes y espectros de Marte el 5 de septiembre. El telescopio, una colaboración internacional con la ESA (Agencia Espacial Europea) y CSA (Agencia Espacial Canadiense), proporciona una perspectiva única con su sensibilidad infrarroja en nuestro planeta vecino, complementando los datos recopilados por orbitadores, rovers y otros telescopios.
El puesto de observación único de Webb a casi un millón de millas de distancia en el punto 2 (L2) de Lagrange Sol-Tierra proporciona una vista del disco observable de Marte (la parte del lado iluminado por el sol que se enfrenta al telescopio). Como resultado, Webb puede capturar imágenes y espectros con la resolución espectral necesaria para estudiar fenómenos a corto plazo como tormentas de polvo, patrones climáticos, cambios estacionales y, en una sola observación, procesos que ocurren en diferentes momentos (diurno, atardecer y noche) de un día marciano.
Debido a que está tan cerca, el Planeta Rojo es uno de los objetos más brillantes en el cielo nocturno en términos de luz visible (que los ojos humanos pueden ver) y la luz infrarroja que Webb está diseñado para detectar. Esto plantea desafíos especiales al observatorio, que fue construido para detectar la luz extremadamente débil de las galaxias más distantes del universo. Los instrumentos de Webb son tan sensibles que sin técnicas especiales de observación, la brillante luz infrarroja de Marte es cegadora, causando un fenómeno conocido como “saturación del detector”. Los astrónomos ajustaron el brillo extremo de Marte utilizando exposiciones muy cortas, midiendo solo parte de la luz que golpeaba los detectores y aplicando técnicas especiales de análisis de datos.
Las primeras imágenes de Marte
Las primeras imágenes de Marte de Webb, capturadas por la Cámara de Infrarrojo Cercano (NIRCam), muestran una región del hemisferio oriental del planeta en dos longitudes de onda diferentes, o colores de luz infrarroja. Esta imagen muestra un mapa de referencia de superficie de la NASA y el Altímetro Láser del Orbitador de Marte (MOLA) a la izquierda, con el campo de visión de dos instrumentos Webb NIRCam superpuestos. Las imágenes de infrarrojo cercano de Webb se muestran a la derecha.
Las primeras imágenes de Marte de Webb, capturadas por su instrumento NIRCam el 5 de septiembre de 2022 [Programa de Observación de Tiempo Garantizado 1415]. Izquierda: Mapa de referencia del hemisferio observado de Marte de la NASA y el Altímetro Láser Mars Orbiter (MOLA). Arriba a la derecha: imagen niRCam que muestra la luz solar reflejada de 2,1 micras (filtro F212), revelando características de la superficie como cráteres y capas de polvo. Abajo a la derecha: Imagen simultánea de NIRCam que muestra una luz emitida de ~ 4.3 micras (filtro F430M) que revela diferencias de temperatura con la latitud y la hora del día, así como el oscurecimiento de la cuenca de Hellas causado por efectos atmosféricos. El área de color amarillo brillante está justo en el límite de saturación del detector. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team
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La imagen NIRCam de longitud de onda más corta (2,1 micras) [arriba a la derecha] está dominada por la luz solar reflejada y, por lo tanto, revela detalles superficiales similares a los aparentes en las imágenes de luz visible [izquierda]. Los anillos del cráter Huygens, la roca volcánica oscura de Syrtis Major y el brillo en la cuenca de Hellas son evidentes en esta imagen.
La imagen de longitud de onda más larga (4,3 micras) de NIRCam [abajo a la derecha] muestra la emisión térmica: la luz emitida por el planeta a medida que pierde calor. El brillo de la luz de 4,3 micras está relacionado con la temperatura de la superficie y la atmósfera. La región más brillante del planeta es donde el Sol está casi por encima, porque generalmente es más cálido. El brillo disminuye hacia las regiones polares, que reciben menos luz solar, y se emite menos luz desde el hemisferio norte más frío, que está experimentando el invierno en esta época del año.
Sin embargo, la temperatura no es el único factor que afecta la cantidad de luz de 4,3 micras que llega a Webb con este filtro. A medida que la luz emitida por el planeta pasa a través de la atmósfera de Marte, parte es absorbida por el dióxido de carbono (CO2) moléculas. La cuenca de Hellas, que es la estructura de impacto más grande y bien conservada en Marte, que abarca más de 1,200 millas (2,000 kilómetros), parece más oscura que los alrededores debido a este efecto.
“Esto en realidad no es un efecto térmico en Hellas”, explicó el investigador principal, Gerónimo Villanueva, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, quien diseñó estas observaciones de Webb. “La cuenca de Hellas es una altitud más baja y, por lo tanto, experimenta una mayor presión de aire. Esa presión más alta conduce a una supresión de la emisión térmica en este rango de longitud de onda particular [4.1-4.4 micras] debido a un efecto llamado ampliación de presión. Será muy interesante separar estos efectos competitivos en estos datos”.
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El Primer espectro infrarrojo de Marte
Villanueva y su equipo también lanzaron el primer espectro infrarrojo cercano de Marte de Webb, demostrando el poder de Webb para estudiar el Planeta Rojo con espectroscopia.
Mientras que las imágenes muestran diferencias en el brillo integrado en un gran número de longitudes de onda de un lugar a otro en todo el planeta en un día y hora particulares, el espectro muestra las variaciones sutiles en el brillo entre cientos de longitudes de onda diferentes representativas del planeta en su conjunto. Los astrónomos analizarán las características del espectro para recopilar información adicional sobre la superficie y la atmósfera del planeta.
El primer espectro infrarrojo cercano de Marte de Webb, capturado por el Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano (NIRSpec) el 5 de septiembre de 2022, como parte del Programa de Observación de Tiempo Garantizado 1415, sobre 3 rejillas de hendidura (G140H, G235H, G395H). El espectro está dominado por la luz solar reflejada en longitudes de onda inferiores a 3 micras y la emisión térmica en longitudes de onda más largas. El análisis preliminar revela que las caídas espectrales aparecen en longitudes de onda específicas donde la luz es absorbida por las moléculas en la atmósfera de Marte, específicamente dióxido de carbono, monóxido de carbono y agua. Otros detalles revelan información sobre el polvo, las nubes y las características de la superficie. Mediante la construcción de un modelo más adecuado del espectro, mediante el uso, por ejemplo, del Generador de Espectro Planetario, se pueden derivar abundancias de moléculas dadas en la atmósfera. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team
Los resultados obtenidos con la espectroscopia
Este espectro infrarrojo se obtuvo combinando mediciones de los seis modos de espectroscopia de alta resolución del espectrógrafo de infrarrojo cercano de Webb (NIRSpec). El análisis preliminar del espectro muestra un rico conjunto de características espectrales que contienen información sobre el polvo, las nubes heladas, qué tipo de rocas hay en la superficie del planeta y la composición de la atmósfera. Las firmas espectrales, incluidos los valles profundos conocidos como características de absorción, del agua, el dióxido de carbono y el monóxido de carbono se detectan fácilmente con Webb. Los investigadores han estado analizando los datos espectrales de estas observaciones y están preparando un artículo que presentarán a una revista científica para su revisión y publicación por pares.
Siguientes Pasos
En el futuro, el equipo de Marte utilizará estas imágenes y datos espectroscópicos para explorar las diferencias regionales en todo el planeta y para buscar gases traza en la atmósfera, incluido el metano y el cloruro de hidrógeno.
Estas observaciones de NIRCam y NIRSpec de Marte se llevaron a cabo como parte del programa del sistema solar de Observación de Tiempo Garantizado (GTO) del Ciclo 1 de Webb dirigido por Heidi Hammel de AURA.
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Referencia: Traducido del texto original en inglés escrito por Margaret Carruthers, Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial