Ο γιγάντιος καθρέφτης του Webb και τα επιστημονικά όργανα ακριβείας που διαθέτει, ένωσαν τις δυνάμεις τους και πραγματοποίησαν τις πιο λεπτομερείς μετρήσεις αστρικού φωτός που φιλτράρεται από την ατμόσφαιρα ενός εξωπλανήτη μέχρι σήμερα. Το φάσμα του φωτός, το οποίο περιέχει πληροφορίες σχετικά με τη σύνθεση της πλανητικής ατμόσφαιρας 1.150 έτη φωτός μακριά, αποκαλύπτει την μοναδική υπογραφή του νερού. Η ισχύς του σήματος που ανίχνευσε το Webb υποδηλώνει τον σημαντικό ρόλο που θα παίξει το τηλεσκόπιο στην αναζήτηση δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών τα επόμενα χρόνια. Η ισχυρή ματιά του Webb αποκαλύπτει επίσης ομίχλη και νέφη, κάτι που προηγούμενες μελέτες αυτού του πλανήτη δεν είχαν εντοπίσει.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb των NASA/ESA/CSA συνέλαβε την ξεχωριστή υπογραφή του νερού, μαζί με αποδείξεις για σύννεφα και ομίχλη, στην ατμόσφαιρα ενός καυτού, αέριου γίγαντα πλανήτη που περιφέρεται γύρω από ένα μακρινό αστέρι που μοιάζει με τον Ήλιο.
Η παρατήρηση, η οποία αποκαλύπτει την παρουσία συγκεκριμένων μορίων αερίου και βασίζεται σε μικροσκοπικές μειώσεις στη φωτεινότητα των αντιστοίχων περιοχών του φάσματος του φωτός, είναι η πιο λεπτομερής του είδους της μέχρι σήμερα, καταδεικνύοντας την άνευ προηγουμένου ικανότητα του Webb να αναλύει ατμόσφαιρες σε αποστάσεις εκατοντάδων ετών φωτός μακριά.
Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble έχει αναλύσει πολλές ατμόσφαιρες εξωπλανητών τις τελευταίες δύο δεκαετίες, καταγράφοντας την πρώτη καθαρή ανίχνευση νερού το 2013, όμως η άμεση και πιο λεπτομερής παρατήρηση του Webb, σηματοδοτεί ένα τεράστιο άλμα προς τα εμπρός στην αναζήτηση δυνητικά κατοικήσιμων πλανητών πέρα από τη Γη .
Ο WASP-96 b είναι ένας, από τους περισσότερους από 5.000, επιβεβαιωμένους εξωπλανήτες στον Γαλαξία μας. Βρίσκεται περίπου 1.150 έτη φωτός μακριά στον νότιο αστερισμό του Φοίνικα και πρόκειται για έναν τύπο αέριου γίγαντα που δεν υπάρχει στο Ηλιακό μας Σύστημα. Με μάζα μικρότερη από τη μισή του Δία και διάμετρο 1,2 φορές μεγαλύτερη, ο WASP-96 b είναι πολύ πιο διογκωμένος από οποιονδήποτε πλανήτη σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο μας, και με θερμοκρασία μεγαλύτερη από 500°C, είναι πολύ πιο θερμός. Ο WASP-96 b περιφέρεται πολύ κοντά στο αστέρι του, που μοιάζει με τον Ήλιο, μόλις το ένα ένατο της απόστασης μεταξύ του Ερμή και του Ήλιου, ολοκληρώνοντας μια τροχιά κάθε τρεισήμισι γήινες ημέρες.
Ο συνδυασμός μεγάλου μεγέθους, μικρής τροχιακής περιόδου, διογκωμένης ατμόσφαιρας και ο σκοτεινός ουρανός στην περιοχή του, καθιστούν τον WASP-96 b ιδανικό στόχο για ατμοσφαιρικές παρατηρήσεις.
Στις 21 Ιουνίου, ο φασματογράφος Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) του Webb, μέτρησε το φως από το σύστημα WASP-96 για 6,4 ώρες καθώς ο πλανήτης διέσχιζε τον φωτεινό δίσκο του αστέρα. Το αποτέλεσμα είναι μια καμπύλη φωτός που δείχνει τη συνολική εξασθένηση του αστρικού φωτός κατά τη διέλευση και ένα φάσμα μετάδοσης που αποκαλύπτει την αλλαγή φωτεινότητας μεμονωμένων μηκών κύματος υπέρυθρου φωτός μεταξύ 0,6 και 2,8 μικρών.
Ενώ η καμπύλη φωτός επιβεβαιώνει ιδιότητες του πλανήτη που είχαν ήδη προσδιοριστεί από άλλες παρατηρήσεις (την ύπαρξη, το μέγεθος και την τροχιά του πλανήτη), το παρατηρούμενο φάσμα μετάδοσης αποκαλύπτει κρυμμένες λεπτομέρειες της ατμόσφαιρας: την σαφή υπογραφή του νερού, ενδείξεις ομίχλης, και στοιχεία για σύννεφα που θεωρήθηκε ότι δεν υπήρχαν με βάση προηγούμενες παρατηρήσεις.
Ένα φάσμα μετάδοσης δημιουργείται συγκρίνοντας το αστρικό φως που φιλτράρεται μέσω της ατμόσφαιρας ενός πλανήτη καθώς κινείται κατά μήκος του αστέρα, με το αφιλτράριστο αστρικό φως που ανιχνεύεται όταν ο πλανήτης βρίσκεται δίπλα στο αστέρι. Οι ερευνητές είναι σε θέση να ανιχνεύσουν και να μετρήσουν τις ποσότητες βασικών αερίων στην ατμόσφαιρα ενός πλανήτη με βάση το μοτίβο απορρόφησης – τις θέσεις και τα ύψη των κορυφών στο γράφημα. Με τον ίδιο τρόπο που οι άνθρωποι έχουν διακριτά δακτυλικά αποτυπώματα και αλληλουχίες DNA, τα άτομα και τα μόρια έχουν χαρακτηριστικά μοτίβα μηκών κύματος που απορροφούν.
Το φάσμα του WASP-96 b που καταγράφηκε από το NIRISS, δεν είναι μόνο το πιο λεπτομερές φάσμα μετάδοσης στο εγγύς υπέρυθρο μιας ατμόσφαιρας εξωπλανήτη που έχει καταγραφεί μέχρι σήμερα, αλλά καλύπτει επίσης ένα εξαιρετικά μεγάλο εύρος μηκών κύματος, συμπεριλαμβανομένου του ορατού ερυθρού φωτός και μέρους του φάσματος που δεν ήταν προηγουμένως προσβάσιμο από άλλα τηλεσκόπια (μήκη κύματος μεγαλύτερα από 1,6 μικρά). Αυτό το τμήμα του φάσματος είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο στο νερό, καθώς και σε άλλα βασικά μόρια όπως το οξυγόνο, το μεθάνιο και το διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία δεν ανιχνεύθηκαν στο φάσμα του WASP-96 b, αλλά ίσως ανιχνευθούν σε άλλους εξωπλανήτες που περιλαμβάνονται στους στόχους του τηλεσκοπίου.
Οι ερευνητές μελετούν το φάσμα για να μετρήσουν την ποσότητα των υδρατμών στην ατμόσφαιρα καθώς και διαφόρων στοιχείων, όπως ο άνθρακας και το οξυγόνο, και να εκτιμήσουν τη θερμοκρασία της ατμόσφαιρας σε σχέση με το βάθος της. Στη συνέχεια, χρησιμοποιούν αυτές τις πληροφορίες για να σχηματίσουν μια εικόνα της συνολικής σύνθεσης του πλανήτη, καθώς και το πώς, πότε και πού σχηματίστηκε. Η μπλε γραμμή στο γράφημα είναι το καλύτερο μοντέλο και λαμβάνει υπόψη τα δεδομένα, τις γνωστές ιδιότητες του WASP-96 b και του αστέρα του (π.χ. μέγεθος, μάζα, θερμοκρασία) και τα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας.
Η εξαιρετική λεπτομέρεια αυτών των μετρήσεων είναι δυνατή λόγω του υπερσύγχρονου σχεδιασμού του Webb. Το 6,5 μέτρων επίχρυσο κάτοπτρό του συλλέγει αποτελεσματικά το υπέρυθρο φως, στη συνέχεια οι φασματογράφοι ακριβείας του αναλύουν το φως σε φάσματα χιλιάδων υπέρυθρων χρωμάτων, και οι ευαίσθητοι υπέρυθροι ανιχνευτές του μετρούν εξαιρετικά λεπτές διαφορές στη φωτεινότητα. Το NIRISS είναι σε θέση να ανιχνεύσει χρωματικές διαφορές του ενός χιλιοστού του μικρού (η διαφορά μεταξύ πράσινου και κίτρινου είναι περίπου 50 χιλιοστά του μικρού) και διαφορές στη φωτεινότητα μεταξύ αυτών των χρωμάτων μερικών εκατοντάδων μερών ανά εκατομμύριο.
Επιπλέον, η εξαιρετική σταθερότητα του Webb και η τροχιακή του θέση γύρω από το σημείο Lagrange 2, περίπου 1,5 εκατομμύριο χιλιόμετρα μακριά από την επίδραση της ατμόσφαιρας και της ακτινοβολίας της Γης, συμβάλλουν στην αδιάλειπτη παρατήρηση και την ποιότητα των δεδομένων που μπορούν να αναλυθούν σχετικά γρήγορα.
Το εξαιρετικά λεπτομερές φάσμα, δημιουργήθηκε με την ταυτόχρονη ανάλυση 280 μεμονωμένων φασμάτων που καταγράφηκαν κατά την παρατήρηση, και παρέχει απλώς μια ένδειξη του τι μας επιφυλάσσει το Webb στην έρευνα εξωπλανητών. Κατά τη διάρκεια του επόμενου έτους, οι ερευνητές θα χρησιμοποιήσουν φασματοσκοπία για να παρατηρήσουν τις επιφάνειες και τις ατμόσφαιρες δεκάδων εξωπλανητών, από μικρούς βραχώδεις πλανήτες έως αέριους και παγωμένους γίγαντες. Σχεδόν το ένα τέταρτο του χρόνου παρατήρησης του Κύκλου 1 του Webb διατίθεται για τη μελέτη εξωπλανητών και των υλικών που τους σχηματίζουν.
Η παρατήρηση του NIRISS καταδεικνύει ότι το Webb έχει τη ικανότητα να διακρίνει τις ατμόσφαιρες των εξωπλανητών, συμπεριλαμβανομένων και των δυνητικά κατοικήσιμων, με εξαιρετική λεπτομέρεια.