Le prime immagini di Marte di Webb, catturate dal suo strumento NIRCam il 5 settembre 2022 [Programma di osservazione del tempo garantito 1415]. A sinistra:mappa di riferimento dell'emisfero di Marte osservato dalla NASA e dal Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA). In alto a destra:immagine NIRCam che mostra la luce solare riflessa da 2,1 micron (filtro F212), rivelando caratteristiche della superficie come crateri e strati di polvere. In basso a destra:immagine NIRCam simultanea che mostra una luce emessa da circa 4,3 micron (filtro F430M) che rivela differenze di temperatura con la latitudine e l'ora del giorno, nonché l'oscuramento del bacino dell'Hellas causato dagli effetti atmosferici. L'area gialla brillante è appena al limite di saturazione del rivelatore. Crediti:NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team
Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha catturato le sue prime immagini e spettri di Marte il 5 settembre. Il telescopio, una collaborazione internazionale con ESA (Agenzia spaziale europea) e CSA (Agenzia spaziale canadese), offre una prospettiva unica con la sua sensibilità agli infrarossi sul nostro pianeta vicino , integrando i dati raccolti da orbiter, rover e altri telescopi.
L'esclusivo posto di osservazione di Webb a quasi un milione di miglia di distanza nel punto 2 (L2) di Lagrange sole-Terra fornisce una vista del disco osservabile di Marte (la porzione del lato illuminato dal sole che si trova di fronte al telescopio). Di conseguenza, Webb può acquisire immagini e spettri con la risoluzione spettrale necessaria per studiare fenomeni a breve termine come tempeste di polvere, modelli meteorologici, cambiamenti stagionali e, in un'unica osservazione, processi che si verificano in momenti diversi (diurno, tramonto e notturno ) di un giorno marziano.
Poiché è così vicino, il Pianeta Rosso è uno degli oggetti più luminosi nel cielo notturno in termini sia di luce visibile, che gli occhi umani possono vedere, sia di luce infrarossa che Webb è progettato per rilevare. Ciò pone sfide speciali all'osservatorio, che è stato costruito per rilevare la luce estremamente debole delle galassie più distanti dell'universo. Gli strumenti di Webb sono così sensibili che, senza speciali tecniche di osservazione, la brillante luce infrarossa di Marte è accecante, causando un fenomeno noto come "saturazione del rivelatore". Gli astronomi si sono adattati all'estrema luminosità di Marte utilizzando esposizioni molto brevi, misurando solo parte della luce che colpisce i rivelatori e applicando tecniche speciali di analisi dei dati.
Le prime immagini di Marte di Webb, catturate dalla Near-Infrared Camera (NIRCam), mostrano una regione dell'emisfero orientale del pianeta a due diverse lunghezze d'onda, o colori della luce infrarossa. La prima immagine in questo articolo mostra una mappa di riferimento della superficie della NASA e il Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) sulla sinistra, con i due campi visivi dello strumento Webb NIRCam sovrapposti. Le immagini nel vicino infrarosso di Webb sono mostrate a destra.
L'immagine NIRCam a lunghezza d'onda più corta (2,1 micron) [in alto a destra] è dominata dalla luce solare riflessa e quindi rivela dettagli di superficie simili a quelli evidenti nelle immagini in luce visibile [a sinistra]. Gli anelli del cratere Huygens, la roccia vulcanica scura di Syrtis Major e l'illuminazione nel bacino dell'Hellas sono tutti evidenti in questa immagine.
L'immagine NIRCam a lunghezza d'onda più lunga (4,3 micron) [in basso a destra] mostra l'emissione termica:la luce emessa dal pianeta mentre perde calore. La luminosità della luce di 4,3 micron è correlata alla temperatura della superficie e dell'atmosfera. La regione più luminosa del pianeta è dove il sole è quasi sopra la testa, perché generalmente è più caldo. La luminosità diminuisce verso le regioni polari, che ricevono meno luce solare, e meno luce viene emessa dall'emisfero settentrionale più freddo, che sta vivendo l'inverno in questo periodo dell'anno.
Il primo spettro di Marte nel vicino infrarosso di Webb, catturato dal Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) il 5 settembre 2022, come parte del Guaranteed Time Observation Program 1415, su 3 reticoli a fessura (G140H, G235H, G395H). Lo spettro è dominato dalla luce solare riflessa a lunghezze d'onda inferiori a 3 micron e dall'emissione termica a lunghezze d'onda maggiori. L'analisi preliminare rivela che i cali spettrali compaiono a lunghezze d'onda specifiche in cui la luce viene assorbita dalle molecole nell'atmosfera di Marte, in particolare anidride carbonica, monossido di carbonio e acqua. Altri dettagli rivelano informazioni su polvere, nuvole e caratteristiche della superficie. Costruendo un modello dello spettro più adatto, ad esempio, il generatore di spettro planetario, è possibile derivare l'abbondanza di determinate molecole nell'atmosfera. Crediti:NASA, ESA, CSA, STScI, Mars JWST/GTO team
Tuttavia, la temperatura non è l'unico fattore che influenza la quantità di luce da 4,3 micron che raggiunge Webb con questo filtro. Quando la luce emessa dal pianeta attraversa l'atmosfera di Marte, una parte viene assorbita dall'anidride carbonica (CO2 ) molecole. Il bacino dell'Hellas, che è la più grande struttura d'impatto ben conservata su Marte, che si estende per oltre 1.200 miglia (2.000 chilometri), sembra più scuro dell'ambiente circostante a causa di questo effetto.
"Questo in realtà non è un effetto termico all'Hellas", ha spiegato il ricercatore principale, Geronimo Villanueva del Goddard Space Flight Center della NASA, che ha progettato queste osservazioni Webb. "Il bacino dell'Hellas è a un'altitudine più bassa, e quindi sperimenta una pressione atmosferica più elevata. Quella pressione più alta porta a una soppressione dell'emissione termica in questo particolare intervallo di lunghezze d'onda [4,1-4,4 micron] a causa di un effetto chiamato ampliamento della pressione. Sarà molto interessante distinguere questi effetti concorrenti in questi dati."
Villanueva e il suo team hanno anche rilasciato il primo spettro di Marte nel vicino infrarosso di Webb, dimostrando il potere di Webb di studiare il Pianeta Rosso con la spettroscopia.
Mentre le immagini mostrano differenze di luminosità integrate su un gran numero di lunghezze d'onda da un luogo all'altro del pianeta in un determinato giorno e ora, lo spettro mostra le sottili variazioni di luminosità tra centinaia di diverse lunghezze d'onda rappresentative del pianeta nel suo insieme. Gli astronomi analizzeranno le caratteristiche dello spettro per raccogliere ulteriori informazioni sulla superficie e l'atmosfera del pianeta.
Questo spettro infrarosso è stato ottenuto combinando le misurazioni di tutte e sei le modalità di spettroscopia ad alta risoluzione dello spettrografo nel vicino infrarosso di Webb (NIRSpec). L'analisi preliminare dello spettro mostra un ricco insieme di caratteristiche spettrali che contengono informazioni su polvere, nuvole ghiacciate, che tipo di rocce si trovano sulla superficie del pianeta e la composizione dell'atmosfera. Le firme spettrali, comprese le valli profonde note come caratteristiche di assorbimento, di acqua, anidride carbonica e monossido di carbonio sono facilmente rilevabili con Webb. I ricercatori hanno analizzato i dati spettrali di queste osservazioni e stanno preparando un documento che presenteranno a una rivista scientifica per la revisione e la pubblicazione tra pari.
In futuro, il team di Marte utilizzerà questi dati di imaging e spettroscopici per esplorare le differenze regionali in tutto il pianeta e per cercare gas in tracce nell'atmosfera, inclusi metano e acido cloridrico.
Queste osservazioni NIRCam e NIRSpec di Marte sono state condotte nell'ambito del programma del sistema solare GTO (Cycle 1 Guaranteed Time Observation) di Webb guidato da Heidi Hammel di AURA. + Esplora ulteriormente
