從恒星誕生地到迄今為止最深的宇宙視野，美國宇航局的望遠(yuǎn)鏡令人眼花繚亂
詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡捕捉到的數(shù)千個(gè)遙遠(yuǎn)星系
在詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的第一張照片的一部分中，來自古老星系的光斑在 130 億年后到達(dá)我們這里閃耀著光芒。
我們現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更遠(yuǎn)、更深、更清楚地看到了太空。
恒星誕生地，圍繞垂死恒星的星云，一組密切相互作用的星系，系外行星光的第一個(gè)光譜。這些是詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在 7 月 12 日的新聞發(fā)布會上發(fā)布的首批圖像中的一些。這四組宇宙場景緊隨望遠(yuǎn)鏡發(fā)布的第一張圖像之后，即數(shù)千個(gè)遙遠(yuǎn)星系的遠(yuǎn)景，在 7 月 11 日的白宮簡報(bào)會上提出。
“首先，它真的很漂亮。它充滿了星系，”JWST 運(yùn)營科學(xué)家 Jane Rigby 在 7 月 12 日的簡報(bào)會上說。“我們用韋伯拍攝的每一張照片都是如此。我們不能拍[一張]空白天空的照片。我們所見之處，處處都是星系。”
深入
第一張發(fā)布的圖像中捕捉到的星系位于距離我們約 46 億光年遠(yuǎn)的星系團(tuán)后面。這些更接近星系的質(zhì)量扭曲了時(shí)空，使得星團(tuán)后面的物體被放大，讓天文學(xué)家有機(jī)會觀察超過 130 億年的早期宇宙。
即使有這種天體輔助，其他現(xiàn)有的望遠(yuǎn)鏡也永遠(yuǎn)看不到這么遠(yuǎn)。但是詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡，也被稱為 JWST，非常大——寬 6.5 米，它的鏡子寬度幾乎是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的三倍。它還可以看到遠(yuǎn)處星系出現(xiàn)的紅外波長。這些特征使它比以前的天文臺更具優(yōu)勢。
位于馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的里格比說：“這是我們從未有過的清晰度和清晰度。你真的可以放大和玩耍?！?/p>
巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的天文學(xué)家 Klaus Pontoppidan 在 6 月 29 日的新聞發(fā)布會上說，盡管第一張圖片代表了迄今為止對宇宙最深的看法，但“這不是一個(gè)能維持很長時(shí)間的記錄”。“科學(xué)家們將很快打破這一記錄，并走得更深?！?/p>
但是，JWST 的構(gòu)建不僅僅是為了比以往任何時(shí)候都更深入、更遠(yuǎn)地追溯時(shí)間。第一批圖像和數(shù)據(jù)的緩存展示了近處和遠(yuǎn)處的太空場景，單個(gè)恒星和整個(gè)星系的一瞥，甚至可以窺探遙遠(yuǎn)行星大氣的化學(xué)成分。
“這些是在五天內(nèi)拍攝的照片。每五天，我們就會獲得更多數(shù)據(jù)，”歐洲航天局科學(xué)顧問馬克麥考林在 7 月 12 日的簡報(bào)會上說。（JWST 是 NASA、ESA 和加拿大航天局之間的國際合作。）“這是幾十年工作的成果，但這只是幾十年的開始。我們今天從這些圖像中看到的基本上是我們現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好了?！?/p>
宇宙懸崖
這張圖片顯示了“宇宙懸崖”，它是巨大船底座星云的一部分，該區(qū)域距離地球約 7,600 光年，那里正在誕生許多大質(zhì)量恒星。一些最著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡圖像在可見光下展示了這個(gè)星云，但 JWST 在“紅外煙花”中顯示它，Pontoppidan 說。JWST 的紅外探測器可以看穿塵埃，因此星云看起來特別閃爍著星星。
美國宇航局戈達(dá)德天體物理學(xué)家安伯·斯特勞恩說：“我們正在看到以前完全隱藏在我們視野之外的全新恒星?！?/p>
但塵埃本身的分子也在發(fā)光。來自圖像頂部的嬰兒恒星的高能風(fēng)正在推動和雕刻穿過中間的氣體和塵埃墻?！拔覀兛吹搅藦男律阈侵袊姵龅臍馀荨⒖涨缓蛧娏鞯睦?，”斯特勞恩說。氣體和塵埃是新恒星和新行星的原材料。
“它提醒我，我們的太陽和我們的行星，以及最終的我們，都是由我們在這里看到的同樣的東西形成的，”斯特勞恩說?！拔覀?nèi)祟愓娴呐c宇宙相連。我們是用同樣的東西做的?！?/p>
泡沫星云
南環(huán)星云是一個(gè)膨脹的氣體云，它圍繞著一顆距離地球約 2000 光年的垂死恒星。在之前的哈勃圖像中，星云看起來像一個(gè)長方形游泳池，中間有一個(gè)模糊的橙色甲板和一顆明亮的鉆石，一顆白矮星。JWST 的視野遠(yuǎn)不止于此，在氣體中顯示出比以前的望遠(yuǎn)鏡所能看到的更多的卷須和結(jié)構(gòu)。
太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的 JWST 天文學(xué)家卡爾·戈登說：“你會看到這種起泡的，幾乎是泡沫狀的外觀?！?在從 JWST 的 NIRCam 儀器捕捉到近紅外光的左手圖像中，泡沫追蹤了隨著塵埃從中心向外擴(kuò)張而形成的氫分子。由于恒星剩余核心加熱的熱電離氣體，中心呈現(xiàn)藍(lán)色。光線從星云中逸出，就像太陽從斑駁的云層中窺視一樣。
在右側(cè)圖像中，由 MIRI 中紅外相機(jī)拍攝，外環(huán)呈藍(lán)色，微量碳?xì)浠衔镌趬m埃顆粒表面形成。MIRI 圖像還揭示了星云核心中的第二顆恒星。
“我們知道這是一顆雙星，但我們并沒有看到太多產(chǎn)生這個(gè)星云的實(shí)際恒星，”戈登說?！艾F(xiàn)在在美里，這顆星發(fā)出紅光?！?/p>
銀河五重奏
斯蒂芬五重奏是 1877 年發(fā)現(xiàn)的一個(gè)距離我們約 2.9 億光年的星系群。其中四個(gè)星系正在進(jìn)行親密的引力舞蹈，其中一個(gè)成員穿過星團(tuán)的核心。（第五個(gè)星系實(shí)際上離地球更近，只是出現(xiàn)在天空中的一個(gè)類似位置。）JWST 的圖像顯示星系內(nèi)的結(jié)構(gòu)比之前的觀測結(jié)果更多，揭示了恒星誕生的地方。
歐洲航天局的 JWST 科學(xué)家喬瓦娜·賈爾迪諾 (Giovanna Giardino) 說：“這是一個(gè)非常重要的圖像和研究領(lǐng)域，”因?yàn)樗@示了推動星系演化的那種相互作用。
僅在 MIRI 儀器的圖像中，星系看起來就像纖細(xì)的骷髏相互靠近。兩個(gè)星系顯然接近合并。在頂部星系中，超大質(zhì)量黑洞的證據(jù)浮出水面。圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)被加熱到極高的溫度，并在落入黑洞時(shí)發(fā)出紅外光。
系外行星的天空
這個(gè)“圖像”顯然與其他“圖像”不同，但它在科學(xué)上同樣令人興奮。它顯示了恒星 WASP 96 在穿過其氣態(tài)巨行星 WASP 96b 的大氣層時(shí)發(fā)出的光譜。
NASA 系外行星科學(xué)家 Knicole Colón 說：“在某些人看來，你會得到一堆看似顛簸和擺動的東西，但它實(shí)際上充滿了信息內(nèi)容?！?“你實(shí)際上看到了表明這顆系外行星大氣中存在水蒸氣的顛簸和擺動?！?/p>
探測行星
JWST 從恒星 WASP 96 中獲取了穿過其巨行星 WASP 96b 大氣層的光譜。
這顆行星大約是木星質(zhì)量的一半，每 3.4 天繞其恒星運(yùn)行一次。此前天文學(xué)家認(rèn)為它的天空中沒有云，但來自 JWST 的新數(shù)據(jù)顯示出云和霧霾的跡象?！坝性坪挽F霾的證據(jù)，因?yàn)樗皼]有我們預(yù)測的那么大，”科隆說。
好久不見
這些第一批圖像和數(shù)據(jù)已經(jīng)很久了。將成為 JWST 的望遠(yuǎn)鏡最初是在 1980 年代構(gòu)想出來的，其規(guī)劃和建設(shè)遭遇了多年的預(yù)算問題和延誤（SN：10/6/21）。
望遠(yuǎn)鏡最終于 12 月 25 日發(fā)射升空。然后它必須在太空中展開和組裝，前往距離地球約 150 萬公里的重力穩(wěn)定點(diǎn)，對準(zhǔn)由 18 個(gè)六邊形段組成的昆蟲狀主鏡，并校準(zhǔn)其科學(xué)儀器（SN： 22年 1 月 24 日）。在這個(gè)過程中有數(shù)百個(gè)可能的故障點(diǎn)，但望遠(yuǎn)鏡成功展開并開始工作。
美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心的 JWST 高級項(xiàng)目科學(xué)家約翰·馬瑟說：“我們很高興它能夠奏效，因?yàn)榇嬖谌绱硕嗟娘L(fēng)險(xiǎn)?！?“全世界都相信我們會投入數(shù)十億美元，讓它成功，而且它奏效了。所以這是一種巨大的解脫。”
在接下來的幾個(gè)月里，望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)發(fā)布了校準(zhǔn)圖像的預(yù)告片，這些圖像已經(jīng)顯示了數(shù)百個(gè)遙遠(yuǎn)的、從未見過的星系。但現(xiàn)在發(fā)布的圖像是科學(xué)家們將用來解開宇宙奧秘的數(shù)據(jù)制作的第一張全彩照片。
“它看到了我從未夢想過的東西，”馬瑟說。
對于望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)來說，終于看到第一張圖像的欣慰是顯而易見的?！熬拖?，’天哪，我們成功了！’”同樣來自太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所的圖像處理器 Alyssa Pagan 說?！斑@似乎是不可能的。就像不可能的事情發(fā)生了一樣。”
鑒于對第一批圖像的預(yù)期，成像團(tuán)隊(duì)宣誓保密?！拔沂仓翢o法與我的妻子分享它，”制作第一張彩色科學(xué)圖像的團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人 Pontoppidan 說。
“你正在看到宇宙最深的圖像，而你是唯一一個(gè)看到過這一點(diǎn)的人，”他在談到 7 月 11 日發(fā)布的第一張照片時(shí)說?！斑@非常孤獨(dú)?！?然而很快，隨著望遠(yuǎn)鏡下載第一張圖像，科學(xué)家、圖像處理器和科學(xué)作家團(tuán)隊(duì)連續(xù)數(shù)周每天都能看到新的東西?！斑@是一種瘋狂的體驗(yàn)，”Pontoppidan 說。“千載難逢的?！?/p>
對于 Pagan 來說，時(shí)機(jī)是完美的?！斑@是一件非常統(tǒng)一的事情，”她說?！笆澜绗F(xiàn)在是如此兩極分化。我認(rèn)為它可以使用一些更通用和連接的東西。這是一個(gè)很好的視角，提醒我們，我們是如此偉大和美麗的事物的一部分?！?/p>
JWST 剛剛開始，它現(xiàn)在開始了第一輪全面的科學(xué)運(yùn)營?！斑€有很多科學(xué)工作要做，”馬瑟說?！坝钪娴膴W秘不會很快結(jié)束?！?/p>
