宇宙的盡頭是怎樣的？價值100億美元的太空望遠(yuǎn)鏡，拍下這些絕美照片

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)央視財經(jīng)報道，當(dāng)?shù)貢r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早期宇宙景象，也是迄今所拍攝的最遙遠(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12小時拍攝，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)計該四合星系群最終將合并為一個超星系。星系的合并過程對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)鏡項目啟動于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)平臺之一。北京時間2021年12月25日20時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任務(wù)。

 

 

 

圖源NASA

據(jù)澎湃新聞，在過去的7個月里，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間生長、恒星和行星系統(tǒng)如何形成，并認(rèn)識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)記者采訪時表示:“我們真的希望這是一個驚喜。”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)成立了一個委員會，以創(chuàng)建觀測天體排序列表，他們計劃按照這個順序開展有序觀測。

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)，這會成為深化人類對宇宙理解的關(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)報道，“巡天”號光學(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40%以上的天區(qū)進(jìn)行觀測，期待能不斷刷新我們對宇宙的認(rèn)識。

編輯|程鵬 杜恒峰

校對| 段煉

封面圖片來源：NASA官網(wǎng)

每日經(jīng)濟(jì)新聞綜合自央視央視財經(jīng)、騰訊太空、界面新聞、澎湃新聞