The James Webb Space Telescope (JWST) is a large (6.6 m), cold (<50 K), infrared (IR)-optimized space observatory that will be launched early in the next decade into orbit around the second Earth–Sun Lagrange point. The observatory will have four instruments: a near-IR camera, a near-IR multiobject spectrograph, and a tunable filter imager will cover the wavelength range, 0.6 < ; < 5.0 μ m, while the mid-IR instrument will do both imaging and spectroscopy from 5.0 < ; < 29 μ m. The JWST science goals are divided into four themes. The key objective of The End of the Dark Ages: First Light and Reionization theme is to identify the first luminous sources to form and to determine the ionization history of the early universe. The key objective of The Assembly of Galaxies theme is to determine how galaxies and the dark matter, gas, stars, metals, morphological structures, and active nuclei within them evolved from the epoch of reionization to the present day. The key objective of The Birth of Stars and Protoplanetary Systems theme is to unravel the birth and early evolution of stars, from infall on to dust-enshrouded protostars to the genesis of planetary systems. The key objective of the Planetary Systems and the Origins of Life theme is to determine the physical and chemical properties of planetary systems including our own, and investigate the potential for the origins of life in those systems. Within these themes and objectives, we have derived representative astronomical observations. To enable these observations, JWST consists of a telescope, an instrument package, a spacecraft, and a sunshield. The telescope consists of 18 beryllium segments, some of which are deployed. The segments will be brought into optical alignment on-orbit through a process of periodic wavefront sensing and control. The instrument package contains the four science instruments and a fine guidance sensor. The spacecraft provides pointing, orbit maintenance, and communications. The sunshield provides passive thermal control. The JWST operations plan is based on that used for previous space observatories, and the majority of JWST observing time will be allocated to the international astronomical community through annual peer-reviewed proposal opportunities.

We present the results of a new series of nongray calculations of the atmospheres, spectra, colors, and evolution of extrasolar giant planets (EGPs) and brown dwarfs for effective temperatures below 1300 K. This theory encompasses most of the mass/age parameter space occupied by substellar objects and is the first spectral study down to 100 K. These calculations are in aid of the multitude of searches being conducted or planned around the world for giant planets and brown dwarfs and reveal the exotic nature of the class. Generically, absorption by H2 at longer wavelengths and H2O opacity windows at shorter wavelengths conspire to redistribute flux blueward. Below 1200 K, methane is the dominant carbon bearing molecule and is a universal diagnostic feature of EGP and brown dwarf spectra. We find that the primary bands in which to search are Z (~1.05 μm), J (~1.2 μm), H (~1.6 μm), K (~2.2 μm), M (~5 μm), and N (~10 μm), that enhancements of the emergent flux over blackbody values, in particular in the near infrared, can be by many orders of magnitude, and that the infrared colors of EGPs and brown dwarfs are much bluer than previously believed. In particular, relative to J and H, the K band flux is reduced by CH4 and H2 absorption. Furthermore, we conclude that for Teff's below 1200 K most or all true metals may be sequestered below the photosphere, that an interior radiative zone is a generic feature of substellar objects, and that clouds of H2O and NH3 are formed for Teff's below ~400 and ~200 K, respectively. This study is done for solar-metallicity objects in isolation and does not include the effects of stellar insulation. Nevertheless, it is a comprehensive attempt to bridge the gap between the planetary and stellar realms and to develop a nongray theory of objects from 0.3MJ ("Saturn") to 70MJ (~0.07 M☉). We find that the detection ranges for brown dwarf/EGP discovery of both ground- and space-based telescopes are larger than previously estimated.

Saturn's largest moon, Titan, remains an enigma, explored only by remote sensing from Earth, and by the Voyager and Cassini spacecraft. The most puzzling aspects include the origin of the molecular nitrogen and methane in its atmosphere, and the mechanism(s) by which methane is maintained in the face of rapid destruction by photolysis. The Huygens probe, launched from the Cassini spacecraft, has made the first direct observations of the satellite's surface and lower atmosphere. Here we report direct atmospheric measurements from the Gas Chromatograph Mass Spectrometer (GCMS), including altitude profiles of the constituents, isotopic ratios and trace species (including organic compounds). The primary constituents were confirmed to be nitrogen and methane. Noble gases other than argon were not detected. The argon includes primordial 36Ar, and the radiogenic isotope 40Ar, providing an important constraint on the outgassing history of Titan. Trace organic species, including cyanogen and ethane, were found in surface measurements. The Huygens probe landed on Titan on 14 January this year, and seven papers published in this issue record the encounter. They describe a world that resembles a primitive Earth, complete with weather systems and geological activity. The ‘Huygens on Titan’ section opens with an overview of the descent and landing and a News and Views piece. Tomasko et al. describe the dry riverbed and drainage channels seen during Huygens' descent, evidence that liquid methane falls as rain or erupts from cryovolcanoes, periodically flooding the surface. This paper includes the images used on the cover to the Huygens section. Niemann et al. measured the abundances of isotopes of argon, nitrogen and carbon in the atmosphere, and conclude that there is no evidence that Titan's methane comes from biological activity. Fulchignoni et al. obtained precise measurements of temperature and pressure from the upper atmosphere right down to the surface. On the way down Huygens recorded evidence for lightning. Zarnecki et al. report that the probe landed on a relatively smooth surface of icy grains with the consistency of wet clay or sand. Isräl et al. report that the aerosols in Titan's clouds have solid cores made from complex organic molecules containing carbon and nitrogen. And Bird et al. found that on average Titan's winds blow in the same direction as the moon rotates, and that close to the surface these winds are very weak, travelling at around walking speed.

Abstract— In the primordial solar system, the most plausible sources of the water accreted by the Earth were in the outer asteroid belt, in the giant planet regions, and in the Kuiper Belt. We investigate the implications on the origin of Earth's water of dynamical models of primordial evolution of solar system bodies and check them with respect to chemical constraints. We find that it is plausible that the Earth accreted water all along its formation, from the early phases when the solar nebula was still present to the late stages of gas‐free sweepup of scattered planetesimals. Asteroids and the comets from the Jupiter‐Saturn region were the first water deliverers, when the Earth was less than half its present mass. The bulk of the water presently on Earth was carried by a few planetary embryos, originally formed in the outer asteroid belt and accreted by the Earth at the final stage of its formation. Finally, a late veneer, accounting for at most 10% of the present water mass, occurred due to comets from the Uranus‐Neptune region and from the Kuiper Belt. The net result of accretion from these several reservoirs is that the water on Earth had essentially the D/H ratio typical of the water condensed in the outer asteroid belt. This is in agreement with the observation that the D/H ratio in the oceans is very close to the mean value of the D/H ratio of the water inclusions in carbonaceous chondrites.

Straddling the traditional realms of the planets and the stars, objects below the edge of the main sequence have such unique properties, and are being discovered in such quantities, that one can rightly claim that a new field at the interface of planetary science and astronomy is being born. This article extends the previous review of Burrows and Liebert (1993) and describes the essential elements of the theory of brown dwarfs and giant planets. It discusses their evolution, atmospheric composition, and spectra, including the new spectroscopic classes L and T. Particular topics which are important for an understanding of the spectral properties include the effects of condensates, clouds, molecular abundances, and atomic opacities. Moreover, it discusses the distinctive features of these extrasolar giant planets that are irradiated by a central primary, in particular, their reflection spectra, albedos, and transits. Overall, the theory explains the basic systematics of substellar-mass objects over three orders of magnitude in mass and age, and a factor of 30 in temperature.

The Cassini spacecraft passed within 168.2 kilometers of the surface above the southern hemisphere at 19:55:22 universal time coordinated on 14 July 2005 during its closest approach to Enceladus. Before and after this time, a substantial atmospheric plume and coma were observed, detectable in the Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS) data set out to a distance of over 4000 kilometers from Enceladus. INMS data indicate that the atmospheric plume and coma are dominated by water, with significant amounts of carbon dioxide, an unidentified species with a mass-to-charge ratio of 28 daltons (either carbon monoxide or molecular nitrogen), and methane. Trace quantities (<1%) of acetylene and propane also appear to be present. Ammonia is present at a level that does not exceed 0.5%. The radial and angular distributions of the gas density near the closest approach, as well as other independent evidence, suggest a significant contribution to the plume from a source centered near the south polar cap, as distinct from a separately measured more uniform and possibly global source observed on the outbound leg of the flyby.