宇宙级“买家秀”,就问你百亿美元值不值?

作者: 水兄

来源: 果壳

发布日期: 2022-07-13 10:49:58

詹姆斯·韦布空间望远镜的首批科学图像正式亮相,展示了宇宙的全新面貌,包括星系团、系外行星、行星状星云、斯蒂芬五重奏星系和船底座星云的详细图像。这些图像不仅展示了韦布望远镜的卓越性能,也为我们提供了对宇宙更深入的理解。

北京时间7月12日晚,詹姆斯·韦布空间望远镜(JWST,以下简称韦布望远镜)的首批科学图像正式亮相,它们向我们展示了一个全新的宇宙。美国航天局公布的詹姆斯·韦布空间望远镜首批科学图像 | NASA/ESA/CSA/STScI

这一刻,几乎所有人都觉得,25年的漫长等待值了,100亿美元的超额花费值了!

我们不妨先分别用一句话概括首批公布的5张图片:星系团SMACS 0723:一臂之远的一粒沙子中竟然包含了上千个星系;系外行星WASP-96b:首次详细揭示了太阳系外行星大气中水的特征;行星状星云NGC 3132:展示了垂死恒星的华丽谢幕;斯蒂芬五重奏星系:拨开云雾,透视了超大质量黑洞附近的气体的速度与组成;船底座星云:透过浓密尘埃瞥见新恒星的诞生。

韦布望远镜是美国航空航天局(NASA)、欧洲空间局(ESA)、加拿大航天局(CSA)共同研发的新一代空间望远镜,不仅被认为是哈勃空间望远镜的“继任者”,更被认为是“史上最强望远镜”。早在哈勃望远镜发射前一年,也就是1989年,天文学家就在讨论“下一代空间望远镜”的概念了,计划建造一台口径更大、工作在红外或极紫外波段的空间望远镜,与哈勃望远镜形成互补。

1996年,韦布望远镜开始研制。这是人类设计过的最大、最复杂的空间望远镜,在它身上应用了多项最尖端的科学技术,如折叠的拼接式镜片、可自动展开的薄膜型遮光罩、低温促动器、轻量化光学元件、超精细摄谱仪、全新的热控技术等等。它的主镜口径达到6.5米,是哈勃的2.7倍;遮光罩展开后长达21米,相当于网球场大小;它工作在波长为0.6~28.5微米的红外波段。

这些都意味着韦布望远镜有着非同寻常的科学目标——早期宇宙:拥有红外视觉的它,将成为一台强大的“时间机器”,可以回溯到135亿年前,看到宇宙诞生后不久,在黑暗中形成的第一代恒星和星系;星系演化:超大镜面和超灵敏的红外探测设备将捕捉到最微弱、最早的星系“化石”,它们与当前宇宙的星系进行比较,可帮助我们了解数十亿年来星系如何演化;恒星一生:红外线具有穿透尘埃的本领,这让韦布望远镜具备了一副“火眼金睛”,看穿隐藏在尘埃之下,恒星与行星是如何诞生的;系外行星:韦布望远镜将告诉我们更多关于系外行星大气层的信息,并依此判断宇宙中其他地方是否存在产生生命活动的最基础条件。

如此宏伟的科学目标和巨大的工程难度,使得韦布望远镜的研制过程异常艰难。最初计划2007年发射的它,直到2021年圣诞节,才终于如愿起飞,因此它也被许多爱好者戴上了“鸽王”的帽子。在经过了150万公里的长途跋涉,约360个展开动作后,韦布望远镜终于进入到自己的工作轨道。又经历了长达数月的一系列复杂的镜片校准和仪器测试,它才终于准备就绪。

当科学家看到它传回的第一张照片时,现场一片欢腾,甚至有人被直接感动落泪。韦布望远镜的成像质量甚至比预期的还要好!首批公布的5张图片,可以说是全面展现了韦布望远镜的卓越性能,为我们呈现了一个前所未见的宇宙。

星系团SMACS 0723这是韦布望远镜的首张深场图像,显示的是一个编号为SMACS J0723.3−7327的星系团(可缩写为SMACS 0723)。它由数百个星系共同组成,距离地球大约46亿光年——也就是说,韦布望远镜收集到的这些光子,在它们从星系团启程出发时,我们的地球才刚刚诞生!

系外行星WASP-96b的想像图,就连韦布望远镜也无法直接拍到它的影像 | Astronomy.com更重要的是,从地球上看,这颗行星每一圈公转都会从恒星前面经过,这种现象称为凌日。此时,恒星发出的光将先穿过这颗行星的上层大气,才能到达地球。行星大气中的原子和分子会吸收特定波长的光。如果把恒星的光分解成像彩虹一样的光谱,就会发现光谱上留下了额外的暗线。这被称为吸收线,是那颗行星大气成分的印迹。

NGC 3132是一个行星状星云,距离地球约2000光年,又被称为南天环状星云。它的前身是一颗类似太阳的恒星,核心燃料耗尽后快速膨胀成为一颗红巨星。最终外层物质扩散脱离星体,核心则坍缩成白矮星,核心外围的物质以更高的温度、更快的速度被推出去。这就是它形成的过程。

斯蒂芬五重奏星系本身就是一个非常有魅力的目标。实际上它由两部分组成:其中4个星系构成一个相互作用的小星系群,距离地球约3亿光年;另一个为前景星系,也就是画面左侧那个,离地球只有4000万光年,跟其他4个没有物理上的关联。

在船底座的南部,有一个弥漫着气体和尘埃的巨大星云,叫作船底座星云(Carina Nebula)。它距离地球大约7000光年,是银河系最活跃的恒星形成区之一。

星空之美,美不胜收;宇宙之妙,妙不可言。韦布望远镜的首批照片把我们带入了梦境般的宇宙深处,令人陶醉不已。然而,这仅仅是个开始。我们有理由相信,韦布望远镜会将我们对宇宙的认知推向一个前所未有的高度,让我们的视野推向无尽的远方。

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