Les premières images de Mars de Webb, capturées par son instrument NIRCam le 5 septembre 2022 [Guaranteed Time Observation Program 1415]. Gauche : Carte de référence de l’hémisphère de Mars observé par la NASA et l’altimètre laser Mars Orbiter (MOLA). En haut à droite : image NIRCam montrant la lumière solaire réfléchie de 2,1 microns (filtre F212), révélant des caractéristiques de surface telles que des cratères et des couches de poussière. En bas à droite : Image NIRCam simultanée montrant une lumière émise d’environ 4,3 microns (filtre F430M) qui révèle les différences de température avec la latitude et l’heure de la journée, ainsi que l’assombrissement du bassin Hellas causé par les effets atmosphériques. La zone jaune vif se situe juste à la limite de saturation du détecteur. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, équipe Mars JWST/GTO
Le 5 septembre, Le télescope spatial James Webb de la NASA capturé ses premières images et spectres de
” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>Mars. The powerful telescope provides a unique perspective with its infrared sensitivity on our neighboring planet, complementing data being collected by orbiters, rovers, and other telescopes. Webb is an international collaboration with ESA (European Space Agency) and CSA (Canadian Space Agency).
Webb’s unique observation post is nearly a million miles away from Earth at the Sun-Earth Lagrange point 2 (L2). It provides a view of Mars’ observable disk (the portion of the sunlit side that is facing the telescope). As a result, Webb can capture images and spectra with the spectral resolution needed to study short-term phenomena like dust storms, weather patterns, seasonal changes, and, in a single observation, processes that occur at different times (daytime, sunset, and nighttime) of a Martian day.
Because it is so close to Earth, the Red Planet is one of the brightest objects in the night sky in terms of both visible light (which human eyes can see) and the infrared light that Webb is designed to detect. This poses special challenges to the observatory, because it was built to detect the extremely faint light of the most distant galaxies in the universe. In fact, Webb’s instruments are so sensitive that without special observing techniques, the bright infrared light from Mars is blinding, causing a phenomenon known as “detector saturation.” Astronomers adjusted for Mars’ extreme brightness by measuring only some of the light that hit the detectors, using very short exposures, and applying special data analysis techniques.
Webb orbits the Sun near the second Sun-Earth Lagrange point (L2), which lies approximately 1.5 million kilometers (1 million miles) from Earth on the far side of Earth from the Sun. Webb is not located precisely at L2, but moves in a halo orbit around L2 as it orbits the Sun. In this orbit, Webb can maintain a safe distance from the bright light of the Sun, Earth, and Moon, while also maintaining its position relative to Earth. Credit: STScI
Webb’s first images of Mars [top image on page]capté par le Caméra proche infrarouge (NIRCam), montrent une région de l’hémisphère oriental de la planète à deux longueurs d’onde différentes, ou couleurs de lumière infrarouge. Cette image montre une carte de référence de surface de
” data-gt-translate-attributes=”[{” attribute=””>NASA and the Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA) on the left, with the two Webb NIRCam instrument field of views overlaid. The near-infrared images from Webb are on shown on the right.
The NIRCam shorter-wavelength (2.1 microns) image [top right] est dominée par la lumière solaire réfléchie, et révèle ainsi des détails de surface similaires à ceux apparents dans les images en lumière visible [left]. Les anneaux du cratère Huygens, la roche volcanique sombre de Syrtis Major et l’éclaircissement du bassin Hellas sont tous apparents sur cette image.
L’image NIRCam à plus grande longueur d’onde (4,3 microns) [lower right] montre l’émission thermique – la lumière émise par la planète lorsqu’elle perd de la chaleur. La luminosité de la lumière de 4,3 microns est liée à la température de la surface et de l’atmosphère. La région la plus brillante de la planète est celle où le Soleil est presque au-dessus de nos têtes, car elle est généralement la plus chaude. La luminosité diminue vers les régions polaires, qui reçoivent moins de lumière solaire, et moins de lumière est émise par l’hémisphère nord plus frais, qui connaît l’hiver à cette période de l’année.
Le télescope spatial James Webb. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Cependant, la température n’est pas le seul facteur affectant la quantité de lumière de 4,3 microns atteignant Webb avec ce filtre. Lorsque la lumière émise par la planète traverse l’atmosphère de Mars, une partie est absorbée par le dioxyde de carbone (CO2) molécules. Le bassin Hellas – qui est la plus grande structure d’impact bien conservée sur Mars, s’étendant sur plus de 1 200 miles (2 000 kilomètres) – semble plus sombre que l’environnement à cause de cet effet.
“Ce n’est en fait pas un effet thermique à Hellas”, a expliqué le chercheur principal, Geronimo Villanueva de Centre de vol spatial Goddard de la NASA, qui a conçu ces observations de Webb. “Le bassin Hellas est à une altitude plus basse et subit donc une pression atmosphérique plus élevée. Cette pression plus élevée entraîne une suppression de l’émission thermique dans cette plage de longueurs d’onde particulière [4.1-4.4 microns] en raison d’un effet appelé élargissement de la pression. Il sera très intéressant de démêler ces effets concurrents dans ces données. »
Villanueva et son équipe ont également publié le premier spectre proche infrarouge de Webb, démontrant le pouvoir de Webb d’étudier la planète rouge avec spectroscopie.
Le premier spectre proche infrarouge de Webb de Mars, capturé par le spectrographe proche infrarouge (NIRSpec) le 5 septembre 2022, dans le cadre du programme d’observation en temps garanti 1415, sur 3 réseaux de fentes (G140H, G235H, G395H). Le spectre est dominé par la lumière solaire réfléchie à des longueurs d’onde inférieures à 3 microns et l’émission thermique à des longueurs d’onde plus longues. Une analyse préliminaire révèle que les creux spectraux apparaissent à des longueurs d’onde spécifiques où la lumière est absorbée par les molécules de l’atmosphère de Mars, en particulier le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone et l’eau. D’autres détails révèlent des informations sur la poussière, les nuages et les caractéristiques de surface. En construisant un modèle le mieux adapté du spectre, en utilisant, par exemple, le générateur de spectre planétaire, des abondances de molécules données dans l’atmosphère peuvent être dérivées. Crédit : NASA, ESA, CSA, STScI, équipe Mars JWST/GTO
Alors que les images montrent des différences de luminosité intégrées sur un grand nombre de longueurs d’onde d’un endroit à l’autre de la planète à un jour et à une heure particuliers, le spectre montre les variations subtiles de luminosité entre des centaines de longueurs d’onde différentes représentatives de la planète dans son ensemble. Les astronomes analyseront les caractéristiques du spectre pour recueillir des informations supplémentaires sur la surface et l’atmosphère de la planète.
Ce spectre infrarouge a été obtenu en combinant les mesures des six modes de spectroscopie haute résolution de Webb Spectrographe proche infrarouge (NIRSpec). L’analyse préliminaire du spectre montre un riche ensemble de caractéristiques spectrales qui contiennent des informations sur la poussière, les nuages glacés, le type de roches à la surface de la planète et la composition de l’atmosphère. Les signatures spectrales – y compris les vallées profondes appelées caractéristiques d’absorption – de l’eau, du dioxyde de carbone et du monoxyde de carbone sont facilement détectées avec Webb. Les chercheurs ont analysé les données spectrales de ces observations et préparent un article qu’ils soumettront à une revue scientifique pour examen par les pairs et publication.
À l’avenir, l’équipe de Mars utilisera ces données d’imagerie et spectroscopiques pour explorer les différences régionales à travers la planète et pour rechercher des traces de gaz dans l’atmosphère, y compris le méthane et le chlorure d’hydrogène.
Ces Observations NIRCam et NIRspec de Mars ont été menées dans le cadre du programme de système solaire d’observation de temps garanti (GTO) du cycle 1 de Webb dirigé par Heidi Hammel d’AURA.
