ASTRONOMÍA. Las primeras observaciones de Marte desde el telescopio James Webb

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Primeras imágenes de Webb de Marte, capturadas por su instrumento NIRCam el 5 de septiembre de 2022 [Programa de observación de tiempo garantizado 1415]. Izquierda: Mapa de referencia del hemisferio de Marte observado por la NASA y el Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA). Arriba a la derecha: imagen de NIRCam que muestra luz solar reflejada de 2,1 micras (filtro F212), que revela características superficiales como cráteres y capas de polvo. Abajo a la derecha: imagen NIRCam simultánea 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 amarilla brillante está justo en el límite de saturación del detector. Fuente: NASA, ESA, CSA, STScI, equipo Mars JWST/GTO

20 septiembre 2022.- 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 la CSA (Agencia Espacial Canadiense), brinda 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 de Lagrange 2 (L2) del Sol y la Tierra, ofrece una vista del disco observable de Marte (la parte del lado iluminado por el Sol que mira hacia el 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 (día, puesta del sol y noche) de un día marciano.

Debido a que está tan cerca, el Planeta Rojo es uno de los objetos más brillantes del 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 para el observatorio, que fue construido para detectar la luz extremadamente tenue 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 y provoca un fenómeno conocido como "saturación del detector". Los astrónomos se ajustaron al brillo extremo de Marte utilizando exposiciones muy cortas, midiendo solo parte de la luz que llegaba a los detectores y aplicando técnicas especiales de análisis de datos.

Webb orbita alrededor del Sol cerca del segundo punto de Lagrange Sol-Tierra (L2), que se encuentra aproximadamente a 1,5 millones de kilómetros (1 millón de millas) de la Tierra en el lado más alejado de la Tierra del Sol. Webb no está ubicado precisamente en L2, sino que se mueve en una órbita de halo alrededor de L2 mientras orbita alrededor del Sol. En esta órbita, Webb puede mantener una distancia segura de la luz brillante del Sol, la Tierra y la Luna, al mismo tiempo que mantiene su posición relativa a la Tierra. Fuente: STScI

Las primeras imágenes de Webb de Marte, 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. La primera imagen de este artículo 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 imagen de longitud de onda más corta (2,1 micrones) de NIRCam [arriba a la derecha] 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 [izquierda]. 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.

El primer espectro de infrarrojo cercano de Webb de Marte, 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 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 de ajuste óptimo del espectro, por ejemplo, el Generador de Espectro Planetario, se puede derivar la abundancia de determinadas moléculas en la atmósfera. Fuente: NASA, ESA, CSA, STScI, equipo Mars JWST/GTO

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. 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.

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.

Estas observaciones NIRCam y NIRSpec de Marte se realizaron como parte del programa del sistema solar de Observación de Tiempo Garantizado (GTO) del Ciclo 1 de Webb dirigido por Heidi Hammel de AURA.

Fuente: Space Telescope Science Institute (STScI)