MIT Beri Amaran: Ahli Astronom Berisiko Salah Mentafsir Isyarat Planet dalam Data Teleskop Angkasa Webb

Kajian MIT mendapati bahawa ahli astronomi berisiko menyalahtafsir isyarat planet dalam data Teleskop Angkasa James Webb jika model untuk mentafsir data tidak bertambah baik. Dalam imej konsep ini, teleskop James Webb menangkap cahaya dari sekitar planet yang baru ditemui (di sebelah kiri). Walau bagaimanapun, apabila saintis menganalisis data ini, pengehadan dalam model kelegapan boleh menghasilkan ramalan planet yang dimatikan mengikut susunan magnitud (diwakili oleh 3 kemungkinan planet di sebelah kanan). Kredit: Jose-Luis Olivares, MIT. Ikon James Webb ihsan NASA

Menapis model kelegapan semasa akan menjadi kunci untuk mengekstrak butiran exoplanet sifat — dan tanda-tanda kehidupan — dalam data daripada teleskop baharu yang berkuasa.

NASA‘s Teleskop Angkasa James Webb (JWST) mendedahkan alam semesta dengan kejelasan yang menakjubkan dan belum pernah terjadi sebelumnya. Sudah, penglihatan inframerah ultratajam yang menakjubkan di balai cerap telah menembusi habuk kosmik untuk menerangi beberapa struktur terawal di alam semesta, bersama-sama dengan tapak semaian bintang yang sebelum ini dikaburkan dan galaksi berputar yang terletak ratusan juta tahun cahaya jauhnya.

Selain melihat lebih jauh ke alam semesta berbanding sebelum ini, JWST akan menangkap pandangan objek yang paling terperinci dalam galaksi kita sendiri. Sebagai contoh, ia akan menjadikan mata tajam pada sebahagian daripadanya 5,000 exoplanet yang telah ditemui dalam Bima Sakti. Dengan memanfaatkan ketepatan penghuraian cahaya teleskop, ahli astronomi menyahkod suasana yang mengelilingi beberapa dunia berdekatan ini. Petunjuk tentang bagaimana sebuah planet terbentuk dan sama ada ia mempunyai tanda-tanda kehidupan boleh ditafsirkan daripada sifat-sifatnya. suasana.

“Terdapat perbezaan yang signifikan secara saintifik antara sebatian seperti air yang terdapat pada 5 peratus berbanding 25 peratus, yang model semasa tidak dapat membezakan.” — Julien de Wit

Walau bagaimanapun, yang baru MIT kajian menunjukkan bahawa alat yang biasanya digunakan oleh ahli astronomi untuk menyahkod isyarat berasaskan cahaya mungkin tidak cukup baik untuk mentafsir data teleskop baharu dengan tepat. Khususnya, penyelidik mengatakan bahawa model kelegapan — alat yang memodelkan cara cahaya berinteraksi dengan jirim sebagai fungsi sifat jirim — mungkin memerlukan penalaan semula yang ketara untuk memadankan ketepatan data JWST.

Jika model ini tidak diperhalusi? Para saintis meramalkan bahawa sifat atmosfera planet, seperti suhu, tekanan, dan komposisi unsurnya, boleh dimatikan mengikut urutan magnitud.

“Terdapat perbezaan yang signifikan secara saintifik antara sebatian seperti air yang terdapat pada 5 peratus berbanding 25 peratus, yang model semasa tidak dapat membezakan,” kata ketua bersama kajian Julien de Wit. Beliau ialah penolong profesor di Jabatan Bumi, Atmosfera dan Sains Planet (EAPS) MIT.

“Pada masa ini, model yang kami gunakan untuk menyahsulit maklumat spektrum tidak setanding dengan ketepatan dan kualiti data yang kami ada daripada teleskop James Webb,” tambah pelajar siswazah EAPS Prajwal Niraula. “Kami perlu meningkatkan permainan kami dan menangani bersama masalah kelegapan.”

De Wit, Niraula, dan rakan-rakan mereka telah menerbitkan kajian mereka pada 15 September dalam jurnal Astronomi Alam. Pengarang bersama termasuk pakar spektroskopi Iouli Gordon, Robert Hargreaves, Clara Sousa-Silva, dan Roman Kochanov dari Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian.

Konsep Artis Ilustrasi Teleskop Angkasa James Webb

Konsep artis James Webb Space Telescope. Kredit: NASA-GSFC, Adriana M. Gutierrez (CI Lab)

Menaikkan tahap

Kelegapan ialah ukuran betapa mudahnya foton melalui bahan. Bergantung pada sama ada dan cara ia berinteraksi dengan molekul tertentu dalam bahan, foton dengan panjang gelombang tertentu boleh melalui terus melalui bahan, diserap atau dipantulkan semula. Interaksi ini juga bergantung pada suhu dan tekanan bahan.

Model kelegapan berfungsi berdasarkan pelbagai andaian tentang cara cahaya berinteraksi dengan jirim. Ahli astronomi menggunakan model kelegapan untuk memperoleh sifat tertentu bahan, memandangkan spektrum cahaya yang dipancarkan oleh bahan tersebut. Dalam konteks exoplanetmodel kelegapan boleh menyahkod jenis dan kelimpahan bahan kimia dalam atmosfera planet, berdasarkan cahaya dari planet yang ditangkap oleh teleskop.

De Wit menyamakan model kelegapan terkini yang terkini dengan alat terjemahan bahasa klasik. Beliau berkata ia telah melakukan tugas yang baik untuk menyahkod data spektrum yang diambil oleh instrumen seperti yang terdapat pada Teleskop Angkasa Hubble.

“Setakat ini, Batu Rosetta ini berfungsi dengan baik,” kata de Wit. “Tetapi sekarang setelah kami pergi ke peringkat seterusnya dengan ketepatan Webb, proses terjemahan kami akan menghalang kami daripada menangkap kehalusan penting, seperti yang membuat perbezaan antara planet boleh dihuni atau tidak.”

Teleskop Angkasa James Webb Bahagian Sejuk

Ilustrasi ini menunjukkan bahagian sejuk teleskop Webb, di mana cermin dan instrumen diletakkan. Kredit: Northrop Grumman

Ringan, terganggu

Dia dan rakan-rakannya membuat perkara ini dalam kajian mereka, di mana mereka meletakkan model kelegapan yang paling biasa digunakan untuk ujian. Para saintis melihat untuk melihat sifat atmosfera yang akan diperolehi oleh model jika ia diubah suai untuk menganggap had tertentu dalam pemahaman kita tentang bagaimana cahaya dan jirim berinteraksi. Para penyelidik mencipta lapan model “perturbed” sedemikian. Mereka kemudian memberi makan kepada setiap model, termasuk versi sebenar, “spektrum sintetik” — corak cahaya yang disimulasikan oleh kumpulan dan serupa dengan ketepatan yang akan dilihat oleh JWST.

Mereka mendapati bahawa, berdasarkan spektrum cahaya yang sama, setiap model yang terganggu menghasilkan ramalan yang luas untuk sifat-sifat atmosfera planet. Berdasarkan analisis mereka, pasukan membuat kesimpulan bahawa, jika model kelegapan sedia ada digunakan untuk spektrum cahaya yang diambil oleh Teleskop Webbmereka akan memukul “ketepatan dinding.” Iaitu, mereka tidak akan cukup sensitif untuk memberitahu sama ada planet mempunyai suhu atmosfera 300 Kelvin atau 600 Kelvin, atau sama ada gas tertentu mengambil 5 peratus atau 25 peratus daripada lapisan atmosfera.

“Perbezaan itu penting untuk kita mengekang mekanisme pembentukan planet dan mengenal pasti biosignature dengan pasti,” kata Niraula.

Pasukan penyelidik juga mendapati bahawa setiap model juga menghasilkan “sesuai” dengan data. Ini bermakna walaupun model yang terganggu menghasilkan komposisi kimia yang penyelidik tahu tidak betul, ia juga menghasilkan spektrum cahaya daripada komposisi kimia yang cukup hampir dengan, atau “sesuai” dengan spektrum asal.

“Kami mendapati bahawa terdapat parameter yang mencukupi untuk diubah suai, walaupun dengan model yang salah, untuk tetap sesuai, bermakna anda tidak akan tahu bahawa model anda salah dan apa yang dikatakannya kepada anda adalah salah,” jelas de Wit.

Beliau dan rakan sekerjanya mengemukakan beberapa idea tentang cara menambah baik model kelegapan sedia ada, termasuk keperluan untuk lebih banyak pengukuran makmal dan pengiraan teori untuk memperhalusi andaian model tentang cara cahaya dan pelbagai molekul berinteraksi, serta kerjasama merentas disiplin, dan khususnya, antara astronomi dan spektroskopi.

“Untuk mentafsir spektrum dengan pasti daripada atmosfera eksoplanet yang pelbagai, kami memerlukan kempen yang meluas untuk pengukuran tepat baharu dan pengiraan parameter spektroskopi molekul yang berkaitan,” kata pengarang bersama kajian Iouli Gordon, seorang ahli fizik di Pusat Astrofizik Harvard-Smithsonian. “Parameter ini perlu dilaksanakan tepat pada masanya ke dalam pangkalan data spektroskopi rujukan dan seterusnya model yang digunakan oleh ahli astronomi.”

“Terdapat banyak yang boleh dilakukan jika kita mengetahui dengan sempurna bagaimana cahaya dan jirim berinteraksi,” tambah Niraula. “Kami mengetahuinya dengan cukup baik di sekitar keadaan Bumi, tetapi sebaik sahaja kami beralih ke jenis atmosfera yang berbeza, perkara berubah, dan itu adalah banyak data, dengan peningkatan kualiti, yang kami berisiko disalah tafsir.”

Rujukan: “Cabaran kelegapan yang akan datang dalam pencirian atmosfera eksoplanet” oleh Prajwal Niraula, Julien de Wit, Iouli E. Gordon, Robert J. Hargreaves, Clara Sousa-Silva dan Roman V. Kochanov, 15 September 2022, Astronomi Alam.
DOI: 10.1038/s41550-022-01773-1

We want to thank the author of this short article for this incredible web content

MIT Beri Amaran: Ahli Astronom Berisiko Salah Mentafsir Isyarat Planet dalam Data Teleskop Angkasa Webb


Visit our social media accounts along with other pages related to themhttps://paw6.info/related-pages/