每經(jīng)編輯 程鵬    

宇宙大爆炸究竟如何發(fā)生？宇宙真正延伸了多遠(yuǎn)？人類在宇宙中是否是孤獨(dú)的？在不遠(yuǎn)的未來，哈勃望遠(yuǎn)鏡繼任者詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡（JWST），或?qū)⒔獯疬@些問題，現(xiàn)在它交出了第一份答卷。

據(jù)央視財(cái)經(jīng)報(bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間7月11日，美國總統(tǒng)拜登通過社交媒體公布了韋伯空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的首張全彩色圖像。

這張照片是星系團(tuán)圖像，展現(xiàn)了人類開始探索宇宙后最清晰的一張?jiān)缙谟钪婢跋螅彩瞧袼臄z的最遙遠(yuǎn)的宇宙深空影像。

據(jù)悉，韋伯空間望遠(yuǎn)鏡造價(jià)100億美元，是美國航天局迄今建造的最大、功能最強(qiáng)的空間望遠(yuǎn)鏡，其主鏡直徑6.5米，由18片巨大六邊形鏡片構(gòu)成；配有5層可展開的遮陽板。 韋伯空間望遠(yuǎn)鏡2021年12月25日從法屬圭亞那庫魯航天中心發(fā)射升空，一個(gè)月后進(jìn)入圍繞日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)的運(yùn)行軌道，距離地球約150萬千米。

 

 

 

價(jià)值百億美元的“韋伯太空望遠(yuǎn)鏡”

首批五張照片正式公布

據(jù)界面新聞，美東時(shí)間7月12日，美國國家航空航天局（NASA）公布了詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的首批五張圖像。該批圖像涵蓋深空星系團(tuán)、致密星系群、彌漫星云以及系外行星等天文學(xué)最前沿的研究領(lǐng)域。

這五張照片分別是 SMACS 0723星系團(tuán)、船底座大星云、史蒂芬五重星系、南環(huán)星云，以及系外行星WASP-96b 。

SMACS 0723星系團(tuán)的圖像是迄今為止最深空、最清晰的遙遠(yuǎn)宇宙的紅外圖像，由韋伯望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)耗時(shí)12小時(shí)拍攝，刷新了此前哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的紀(jì)錄。

SMACS 0723星系團(tuán)。圖源NASA

SMACS 0723星系團(tuán) 包括數(shù)千個(gè)星系，其巨大的質(zhì)量引發(fā)的引力透鏡效應(yīng)明顯地彎曲了更遙遠(yuǎn)星系的光，并在圖像中央形成透鏡狀扭曲，這也是愛因斯坦廣義相對(duì)論的最直觀體現(xiàn)。在該張照片之中， 韋伯望遠(yuǎn)鏡甚至捕捉到了131億年前的圖像，這也是距離宇宙大爆炸僅10億年之后的早期宇宙圖景。

船底座大星云， 又稱NGC 3372是夜空之中最大的彌散星云之一，比著名的獵戶座大星云大四倍以上，距離地球7600光年。該星云內(nèi)部最為著名的天體為南半球亮星海山二（即船底座η）以及鑰匙孔星云。

船底座大星云。圖源NASA

彌漫星云也是恒星誕生的搖籃。本質(zhì)上由稀薄氣體和塵埃構(gòu)成的星云若在重力作用下持續(xù)收縮，并最終成功激發(fā)氫聚變， 一顆恒星的胚胎——原恒星由此誕生。通過對(duì)彌漫星云的多波段研究有助于了解恒星系統(tǒng)的誕生過程。

該照片由韋伯望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī) (NIRCam) 以及中紅外相機(jī) (MIRI) 拍攝。

史蒂芬五重星系 位于天馬座，是目前最為人熟知的致密（四合）星系群，距離地球2.9億光年。

史蒂芬五重星系。圖源NASA

韋伯空間望遠(yuǎn)鏡提供的圖像擁有1.5億像素并提供了該致密星系群的豐富細(xì)節(jié)。四個(gè)緊鄰星系相互之間的引力作用使得星系內(nèi)部的氣體與塵埃被拋出本星系，擾動(dòng)后的氣體塵埃同樣也是恒星誕生的搖籃。

天文學(xué)家預(yù)計(jì)該四合星系群最終將合并為一個(gè)超星系。星系的合并過程對(duì)于未來銀河系與仙女座大星系的合并有著參考意義，星系核的合并在多數(shù)情況下也代表著兩大超大質(zhì)量黑洞的合并，也是引力波研究的熱門課題。目前已經(jīng)確認(rèn)，該四合致密星系群之中最亮的星系NGC 7319核心擁有2400萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。

南環(huán)星云。圖源NASA

南環(huán)星云 又稱八裂星云，是位于船帆座的行星狀星云，距離地球約2500光年。

不同于誕生恒星的彌漫星云，行星狀星云由步入暮年的恒星噴出的氣體和塵埃殼構(gòu)成。最著名的行星狀星云為金牛座的蟹狀星云。

韋伯空間望遠(yuǎn)鏡通過紅外波段展示了南環(huán)星云更多的細(xì)節(jié)以及塵埃殼的特殊結(jié)構(gòu)。例如在南環(huán)星云的兩組圖片之中，第一張照片為通過近紅外相機(jī)拍攝，第二張照片為通過中紅外相機(jī)拍攝。其中第一張照片的星云中心僅可見一顆恒星，即為噴發(fā)出行星狀星云的暮年白矮星；第二張照片之中可以明確觀察到第二顆恒星，該恒星仍處于演化早期階段。

南環(huán)星云。圖源NASA

WASP-96 b 是銀河系之中已經(jīng)確認(rèn)的5000余顆太陽系外行星之一，它位于距離地球1150光年之外的鳳凰座，雖然該星已經(jīng)確認(rèn)為一顆半個(gè)木星質(zhì)量的氣態(tài)巨行星，不可能擁有與地球類似的生命，但是韋伯望遠(yuǎn)鏡通過該圖像展示了其優(yōu)秀的系外行星大氣層光譜分析能力。

韋伯望遠(yuǎn)鏡通過攜帶的近紅外成像儀和無狹縫光譜儀（NIRISS）對(duì)WASP-96 b的大氣層進(jìn)行了有史以來最詳細(xì)的近紅外透射光譜，其中明確發(fā)現(xiàn)大氣層之中存在水的證據(jù)。韋伯望遠(yuǎn)鏡還擁有對(duì)氧氣、甲烷和二氧化碳等其他關(guān)鍵分子的光譜分析能力，在接下來的服役生涯之中，韋伯望遠(yuǎn)鏡將對(duì)包括氣態(tài)巨行星、類地行星以及冰巨星進(jìn)行更多的光譜分析。

 

 

25年燒掉100億美元

 

詹姆斯.韋伯望遠(yuǎn)鏡被譽(yù)為是人類迄今為止制造的最大、最復(fù)雜、功能最強(qiáng)勁的太空望遠(yuǎn)鏡。 詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)目啟動(dòng)于1996年，起初稱為“下一代空間望遠(yuǎn)鏡（Next Generation Space Telescope，NGST）”，2002年改為現(xiàn)名，以紀(jì)念美國國家航天局的第二任局長詹姆斯·韋伯（James Webb）在阿波羅計(jì)劃中發(fā)揮的關(guān)鍵性領(lǐng)導(dǎo)作用。

詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡由美國國家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）共同研發(fā)，經(jīng)由數(shù)千名科學(xué)家與工程師精心設(shè)計(jì)與建造，耗資100億美元，也是人類有史以來建造的最昂貴的科學(xué)平臺(tái)之一。北京時(shí)間2021年12月25日20時(shí)20分 ，韋伯望遠(yuǎn)鏡在法屬圭亞那庫魯航天發(fā)射中心使用阿里安-5大型運(yùn)載火箭發(fā)射升空。

 

今年1月24日順利進(jìn)入圍繞日地系統(tǒng)第二拉格朗日點(diǎn)的運(yùn)行軌道。韋伯望遠(yuǎn)鏡作為著名的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡以及史匹哲太空望遠(yuǎn)鏡的繼承者，肩負(fù)著研究大爆炸之后第一代恒星、星系的形成與演化、恒星與行星系統(tǒng)的形成以及系外行星等多項(xiàng)任務(wù)。

 

 

 

圖源NASA

據(jù)澎湃新聞，在過去的7個(gè)月里，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡一直在進(jìn)行儀器調(diào)整，為揭示宇宙的秘密做準(zhǔn)備。

作為一臺(tái)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡的主鏡是一面直徑6.5米的鍍金鈹質(zhì)反射鏡，總面積達(dá)到25.4平方米，是前輩哈勃望遠(yuǎn)鏡的6倍以上。相較于哈勃，韋伯望遠(yuǎn)鏡有更長的波長覆蓋，靈敏度和分辨率也大大提高，能夠補(bǔ)充和擴(kuò)展哈勃望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)。

圖注：哈勃望遠(yuǎn)鏡和韋伯望遠(yuǎn)鏡主鏡大小比較

 

圖片來源：NASA

由于宇宙膨脹，宇宙早期的發(fā)光體發(fā)出的可見光和紫外光已經(jīng)被拉長，并以紅外線的形式傳播。盡管哈勃也有紅外觀測能力，但它主要用可見光和紫外波長來觀測宇宙。憑借強(qiáng)大的綜合科學(xué)模塊（ISIM）——近紅外相機(jī)(NIRCam）、近紅外光譜儀(NIRSpec)、精細(xì)制導(dǎo)傳感器/近紅外成像無縫隙光譜儀(FGS/NIRISS)、中紅外儀(MIRI)，韋伯望遠(yuǎn)鏡將能夠觀測宇宙大爆炸后出現(xiàn)的第一批天體的形成和演化,觀測原始星系如何隨時(shí)間生長、恒星和行星系統(tǒng)如何形成，并認(rèn)識(shí)我們身處的太陽系本身，進(jìn)而了解地球如何具備能提供生命繁衍生息的條件。

韋伯望遠(yuǎn)鏡的鏡片。圖源NASA

 

目前，科學(xué)家們對(duì)韋伯望遠(yuǎn)鏡7月的指向保持了沉默。美國巴爾的摩太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所(Space Telescope Science Institute)的科學(xué)家克勞斯·龐托皮丹(Klaus Pontoppidan)在接受英國科學(xué)網(wǎng)站(www.phys.org)記者采訪時(shí)表示:“我們真的希望這是一個(gè)驚喜。”他補(bǔ)充說，保密的部分原因是首批觀測目標(biāo)尚未最終確定。

但NASA及其合作伙伴歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）已經(jīng)成立了一個(gè)委員會(huì)，以創(chuàng)建觀測天體排序列表，他們計(jì)劃按照這個(gè)順序開展有序觀測。

據(jù)龐托皮丹介紹，盡管韋伯望遠(yuǎn)鏡團(tuán)隊(duì)此前已經(jīng)發(fā)布了一系列用于校準(zhǔn)目的拍攝的恒星圖像，但新的照片將是天體物理學(xué)目標(biāo)，這會(huì)成為深化人類對(duì)宇宙理解的關(guān)鍵。

 

 

韋伯望遠(yuǎn)鏡和

我國貴州FAST望遠(yuǎn)鏡有什么區(qū)別？

據(jù)騰訊太空，位于我國貴州的FAST望遠(yuǎn)鏡，俗稱“天眼”望遠(yuǎn)鏡，口徑達(dá)到了500米，但FAST望遠(yuǎn)鏡是地基望遠(yuǎn)鏡，主要在射電波段（波長在0.1米到4.3米）工作。由于大氣層對(duì)射電波段的透明度較好，這種類型的望遠(yuǎn)鏡在地面上工作得就很好。

 

韋布望遠(yuǎn)鏡是紅外望遠(yuǎn)鏡，地球大氣層中的水蒸氣和二氧化碳對(duì)紅外線的吸收比較強(qiáng)烈，因此要發(fā)射到太空中去觀測，復(fù)雜程度和造價(jià)指數(shù)升高。

“中國天眼”全景（無人機(jī)照片）。新華社記者 歐東衢 攝

根據(jù)規(guī)劃，我國將在2023年發(fā)射與空間站共軌伴飛的“巡天”號(hào)光學(xué)艙，這被譽(yù)為中國版的哈勃望遠(yuǎn)鏡，該望遠(yuǎn)鏡是我國迄今為止規(guī)模最大、指標(biāo)最先進(jìn)的空間天文望遠(yuǎn)鏡。

據(jù)相關(guān)報(bào)道，“巡天”號(hào)光學(xué)艙安裝有口徑達(dá)2米的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，分辨率與哈勃相當(dāng)，大約0.15角秒，但視場是哈勃的300多倍，這意味著它的巡天效率更高。據(jù)估算，如果在軌10年，可以對(duì)40%以上的天區(qū)進(jìn)行觀測，期待能不斷刷新我們對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)。

編輯|程鵬 杜恒峰

校對(duì)| 段煉

封面圖片來源：NASA官網(wǎng)

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