Il James Webb Space Telescope (JWST), dedicato alla memoria di James Webb, amministratore dell’ente spaziale statunitense dal 1961 al 1968, è un telescopio spaziale frutto di una collaborazione internazionale tra la NASA, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Agenzia Spaziale Canadese (CSA) progettato per l’osservazione astronomica a raggi infrarossi.
Il lancio del telescopio, rimandato svariate volte, è attualmente previsto per ottobre 2021. Benché non ancora operativo, si iniziano a conoscere i contorni della sua prima osservazione astronomica: Giove e le sue lune.
Giove
Giove, chiamato “il Re” dagli antichi romani, domina una propria mini-versione del nostro sistema solare avendo alcuni satelliti che gli ruotano intorno. È interessante ricordare che fu proprio l’osservazione del movimento di questi satelliti intorno al pianeta che fece nascere in Galileo Galilei la convinzione che la Terra non fosse al centro dell’universo, contrariamente al comune pensiero di quei tempi.
Un team costituito da oltre 40 ricercatori, guidati dagli astronomi Imke De Pater dell’Università della California, Berkeley e Thierry Fouchet dell’Osservatorio di Parigi, hanno progettato un ambizioso programma di osservazioni che permetteranno il collaudo e la taratura del JWST. Il primo obiettivo sarà proprio l’osservazione di Giove, lo studio dei suoi anelli e della sua superficie caratterizzata da numerose bande e zone di tonalità variabili dal color crema al marrone, tra le quali spicca la Grande Macchia Rossa, e di due delle sue lune: Ganimede e Io.
«Sarà un esperimento davvero impegnativo», ha detto De Pater. «Giove è così brillante, e gli strumenti di Webb sono così sensibili, che osservare sia il pianeta così luminoso sia i suoi anelli e le sue lune di luminosità decisamente più debole sarà un eccellente collaudo su come ottenere il massimo dalla tecnologia innovativa di cui è dotato il telescopio».
Oltre a calibrare gli strumenti di JWST sulla luminosità di Giove, gli astronomi dovranno anche tenere conto della velocità di rotazione del pianeta, poiché il suo giorno dura meno di 10 ore. Si dovrà inoltre predisporre la creazione di mosaici realizzati unendo diverse immagini per realizzare la copertura di una certa area, come ad esempio la famosa tempesta nota come Grande Macchia Rossa.
«Sappiamo che l’atmosfera immediatamente sopra la Grande Macchia Rossa è più fredda di altre aree di Giove, ma a quote più elevate, nella mesosfera, l’atmosfera sembra essere più calda. Useremo il James Webb Telescope per indagare questo fenomeno», ha detto De Pater.
Il telescopio esaminerà anche l’atmosfera della regione polare, dove la sonda Juno della NASA ha scoperto gruppi di cicloni. I dati spettroscopici rilevati dal telescopio forniranno molti più dettagli di quanto sia stato realizzato nel corso delle osservazioni precedenti, misurando venti, particelle di nuvole, composizione dei gas e temperatura.
Le future osservazioni del sistema solare trarranno beneficio dalle lezioni apprese in queste prime osservazioni del sistema gioviano. Il team ha anche il compito di sviluppare nuovi metodi di lavoro per trattare il materiale ottenuto dalle osservazioni del JWST.
Anelli
Tutti i quattro pianeti “giganti gassosi” del sistema solare hanno anelli intorno a loro, con Saturno che è sicuramente il più rappresentativo. Il sistema degli anelli di Giove è composto da tre parti: un anello principale piatto, un alone all’interno dell’anello principale a forma di lente a doppio convesso, e un anello sottile, esterno all’anello principale. Il sistema di anelli di Giove è eccezionalmente debole perché le particelle che lo compongono sono così piccole e sparse che non riflettono molta luce. La luminosità del pianeta le rende praticamente invisibili all’osservazione, rappresentando una sfida per gli astronomi. De Pater ha osservato che nel sistema dinamico ad anello potrebbero esserci “lunette effimere” non scoperte e potenziali increspature dovute a impatti di comete, come quelle osservate nel 1994 e ricondotte all’impatto della cometa Shoemaker-Levy 9.
Ganimede
Diverse caratteristiche rendono affascinante il gelido Ganimede agli occhi degli astronomi. Oltre a essere la luna più grande del sistema solare – è persino più grande del pianeta Mercurio – è l’unica luna al momento conosciuta ad avere un proprio campo magnetico. Gli scienziati esamineranno le parti molto esterne dell’atmosfera di Ganimede, la sua esosfera, per comprendere meglio l’interazione della luna con le particelle presenti nel campo magnetico di Giove.
Esistono anche prove del fatto che su Ganimede potrebbe essere presente un oceano di acqua salata liquida sotto uno spesso strato di ghiaccio superficiale; sarà uno dei primi compiti del telescopio effettuare un’osservazione spettroscopica dei sali minerali presenti sulla sua superficie. L’esperienza acquisita dal team di scienziati nello studio della superficie di Ganimede potrebbe essere utile nel futuro studio di altre lune ghiacciate del sistema solare sospettate di avere oceani sotterranei, tra cui Encelado, la luna di Saturno, ed Europa, una delle altre lune di Giove.
Io
In drammatico contrasto con Ganimede c’è l’altra luna che il team di scienziati studierà: Io, il mondo più vulcanicamente attivo del sistema solare. La superficie di questa luna è caratterizzata da centinaia di enormi vulcani che farebbero impallidire quelli sulla Terra, così come i laghi di lava fusa e le lisce pianure di lava solidificata. Gli astronomi intendono utilizzare il JWST per approfondire gli effetti dei vulcani di Io sulla sua atmosfera.
«C’è ancora molto che non sappiamo sulla struttura della temperatura atmosferica di Io, perché non abbiamo mai avuto i dati per distinguere la temperatura a diverse altitudini», ha detto De Pater. «Sulla Terra diamo per scontato che mentre si sale su una montagna, l’aria diventa più fresca: sarebbe lo stesso su Io? In questo momento non lo sappiamo, ma il James Webb potrebbe aiutarci a scoprirlo».
Un altro mistero di Io che il telescopio indagherà è l’esistenza di “vulcani invisibili”, ovvero l’emissione di pennacchi di gas senza contenuto di polvere, che di fatto li ha resi invisibili agli occhi degli strumenti installati sui veicoli spaziali come ad esempio quelli delle missioni Voyager e Galileo della NASA. L’elevata risoluzione degli strumenti di JWST sarà in grado di isolare singoli vulcani che in precedenza sarebbero apparsi come un grande hotspot, consentendo agli astronomi di raccogliere dati particolareggiati della geologia di Io.
Il telescopio sarà in grado di fornire dettagli sulla temperatura dei punti caldi di Io e determinerà se sono più vicini al vulcanismo oggi presente sulla Terra o se hanno una temperatura molto più elevata, simile all’ambiente terrestre dei primi anni dopo la sua formazione. Precedenti osservazioni effettuate dalla sonda Galileo e osservazioni da Terra hanno suggerito l’ipotesi di alte temperature; Webb seguirà questa ricerca e fornirà nuove prove che potrebbero dare una risposta a questo quesito.
Sforzo di gruppo
Le osservazioni dettagliate del James Webb Space Telescope non soppianteranno quelle di altri strumenti, ma si integreranno a esse. «Le osservazioni spettroscopiche del JWST copriranno solo una piccola area del pianeta, quindi le viste globali degli osservatori a Terra potranno confermare come i dati rilevati dal nuovo telescopio si integreranno con quanto osservato su scala più ampia, in modo simile a quanto già sperimentato con Hubble e con il Gemini Observatory a supporto delle osservazioni ravvicinate della sonda Juno».
A sua volta, lo studio di JWST sulle tempeste e l’atmosfera di Giove completerà i dati raccolti da Juno, inclusi i segnali radio dei fulmini, che il James Webb non rileva. «Nessun osservatorio o veicolo spaziale può fare tutto», ha detto Wong, «quindi siamo molto entusiasti di combinare i dati di più osservatori per apprendere molto di più di quanto potremmo imparare da un’unica fonte».
Questa ricerca è condotta nell’ambito del programma Webb Early Release Science (ERS). Questo programma consentirà ai ricercatori di apprendere rapidamente come utilizzare al meglio le capacità del nuovo strumento.
Il telescopio spaziale James Webb sarà il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo quando verrà lanciato nel 2021. Il JWST risolverà i misteri del nostro sistema solare, osserverà mondi lontani intorno ad altre stelle e sonderà le misteriose strutture e origini dell’universo.
Fonte: NASA
