Después de revelar imágenes inéditas de galaxias, cúmulos estelares y hasta exoplanetas ubicados a millones de años luz, el poderoso telescopio espacial James Webb (JWST) enfocó su lente formado por 18 paneles en nuestro vecino cósmico más cercano: el planeta Marte.
Las imágenes y las mediciones se realizaron el 5 de septiembre de 2022 desde la posición de JWST a 1,6 millones de kilómetros de Marte. Las imágenes del disco observable del planeta rojo, el lado iluminado por el sol y que mira hacia el telescopio, fueron capturadas por la cámara de infrarrojo cercano de Webb (NIRCam) y podría proporcionar a los científicos planetarios una vista única del vecino cercano de la Tierra, entregando datos que pueden usarse junto con las observaciones realizadas por rovers como Perseverance de la NASA y naves en la órbita marciana.
Debido a que Marte está relativamente cerca y es muy brillante, no es el objeto más fácil de visualizar para el JWST, diseñado para ver objetos increíblemente distantes y débiles. “Marte es tan brillante que el desafío es cómo verlo”, dijo el científico e investigador principal del Laboratorio de Sistemas Planetarios de la NASA en el Centro de Vuelo Espacial Goddard, Giuliano Liuzzi, en una conferencia de prensa de EPSC para marcar el lanzamiento de las imágenes.
Para evitar que la brillante luz infrarroja de Marte cegara los instrumentos del JWST, los científicos usaron exposiciones muy cortas para observar el Planeta Rojo. Esto significó medir solo parte de la luz que llegaba a los detectores de JWST y luego aplicar métodos especiales para analizar los datos recopilados.
“Podemos ver esta resolución increíble, tenemos el límite de difracción de un telescopio espacial en el infrarrojo, lo cual es fantástico. Podemos ver todo el planeta”, continuó Liuzzi. El observatorio, porque fue construido para detectar la luz extremadamente tenue de las galaxias más distantes del universo. De hecho, los instrumentos de Webb son tan sensibles que, sin técnicas especiales de observación, la brillante luz infrarroja de Marte es cegadora y provoca un fenómeno conocido como “saturación del detector”. Los astrónomos se ajustaron al brillo extremo de Marte midiendo solo parte de la luz que llegaba a los detectores, utilizando exposiciones muy cortas y aplicando técnicas especiales de análisis de datos.
El JWST pudo capturar imágenes y espectros con la resolución espacial que los astrónomos necesitan para estudiar fenómenos a corto plazo como patrones climáticos marcianos, tormentas de polvo e incluso cambios causados por las estaciones del planeta.
Además, el telescopio Webb puede capturar eventos que ocurren en diferentes momentos a lo largo del día marciano, durante el día, al atardecer y durante la noche, en una sola observación. Las primeras imágenes de Marte tomadas por el JWST muestran un área en el hemisferio este del planeta en dos longitudes de onda de luz diferentes. La imagen de longitud de onda corta está dominada por la luz solar reflejada y muestra detalles de la superficie marciana que se asemejan a las características vistas en luz visible. Estas características incluyen el cráter Huygens, un cráter de impacto de casi 280 millas de ancho (450 kilómetros) y roca volcánica oscura en Syrtis Major Planum. Esta imagen muestra un mapa de referencia de superficie de la NASA y el altímetro láser Mars Orbiter (MOLA) a la izquierda, con los dos campos de visión del instrumento Webb NIRCam superpuestos. Las imágenes de infrarrojo cercano de Webb se muestran a la derecha.
La cámara NIRCam del telescopio espacial Webb captó la luz que emite Marte en longitudes de onda infrarrojas más largas a medida que pierde calor. El brillo de esta luz está relacionado con la temperatura de Marte y su atmósfera, con el área más brillante y cálida ubicada donde el sol está casi sobre el planeta. El brillo disminuye hacia las regiones polares marcianas que están menos expuestas a la luz solar, y en el hemisferio norte del planeta que actualmente se encuentra en pleno invierno marciano. Sin embargo, la cantidad de luz que llega al JWST no solo está relacionada con la temperatura del planeta. Las imágenes recopiladas por el telescopio también pueden dar pistas sobre la composición química de la atmósfera y la superficie de Marte.
La imagen de longitud de onda más corta (2,1 micrones) de NIRCam está dominada por la luz solar reflejada y, por lo tanto, revela detalles de la superficie similares a los que aparecen en las imágenes de luz visible. Los anillos del cráter Huygens, la roca volcánica oscura de Syrtis Major y el brillo en la cuenca Hellas son evidentes en esta imagen. La imagen NIRCam de longitud de onda más larga (4,3 micras) [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 arriba, porque generalmente es más cálida. El brillo disminuye hacia las regiones polares, que reciben menos luz solar, y se emite menos luz desde el hemisferio norte, más frío, que experimenta 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 micrones que llega a Webb con este filtro. A medida que la luz emitida por el planeta atraviesa la atmósfera de Marte, parte es absorbida por moléculas de dióxido de carbono (CO 2 ). La cuenca Hellas, que es la estructura de impacto bien conservada más grande de Marte, con una extensión de más de 2000 kilómetros (1200 millas), parece más oscura que los alrededores debido a este efecto.
“Esto en realidad no es un efecto térmico en Hellas”, explicó el investigador principal, Geronimo Villanueva del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA , quien diseñó estas observaciones de Webb. “La cuenca de Hellas tiene una altitud más baja y, por lo tanto, experimenta una presión de aire más alta. Esa presión más alta conduce a una supresión de la emisión térmica en este rango de longitud de onda particular [4.1-4.4 micrones] debido a un efecto llamado ampliación de presión. Será muy interesante separar estos efectos competitivos en estos datos”.
Villanueva y su equipo también lanzaron el primer espectro infrarrojo cercano de Marte de Webb, lo que demuestra el poder de Webb para estudiar el planeta rojo con espectroscopia. Mientras que las imágenes muestran diferencias en el brillo integradas en una gran cantidad de longitudes de onda de un lugar a otro en todo el planeta en un día y hora en particular, el espectro muestra las variaciones sutiles en el brillo entre cientos de diferentes longitudes de onda representativas del planeta como un todo. Los astrónomos analizarán las características del espectro para recopilar información adicional sobre la superficie y la atmósfera del planeta.
Este espectro infrarrojo se obtuvo mediante la combinación de 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 enviarán a una revista científica para su revisión y publicación.
En el futuro, el equipo de Marte utilizará estos datos espectroscópicos y de imágenes para explorar las diferencias regionales en todo el planeta y buscar gases traza en la atmósfera, incluidos el metano y el cloruro de hidrógeno. El telescopio Webb es una colaboración internacional con la ESA (Agencia Espacial Europea) y la CSA (Agencia Espacial Canadiense).
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