【創(chuàng)作培育計(jì)劃】NASA公開首張韋布望遠(yuǎn)鏡全彩照片，46億光年前的宇宙究竟有多美

作者：范舟

7月11日，韋布望遠(yuǎn)鏡發(fā)布了第一張全彩照片。這張照片由美國宇航局NASA公開，是世界上最先進(jìn)的望遠(yuǎn)鏡詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)拍攝的第一張照片。迄今為止最深處、最清晰的遙遠(yuǎn)宇宙的紅外圖像。這張被稱為“韋布第一個(gè)深空”的星系團(tuán)SMACS 0723的圖像充滿了細(xì)節(jié)。

詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡耗資近百億美元，是美國宇航局哈勃望遠(yuǎn)鏡的繼任者，是一臺(tái)口徑6.5米的紅外空間望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡，由18個(gè)寬約1.3m六邊形鈹鏡組成，工作在位于距地球150萬公里的第二拉格朗日點(diǎn)（L2），觀測(cè)波長(zhǎng)0.6～28.5μm，韋布望遠(yuǎn)鏡的口徑也比哈勃空間望遠(yuǎn)鏡大3倍，聚光面積約10倍。這將使它能看到更深處的太空，并能更詳細(xì)地分辨圖像。韋布太空望遠(yuǎn)鏡于 2021 年12月25日，也就是圣誕節(jié)，發(fā)射升空，其任務(wù)是研究最古老的恒星，并“前所未有地”深入觀察宇宙的過去。

韋布和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡針對(duì)同一天區(qū)拍攝的照片之對(duì)比

這張照片是美國宇航局計(jì)劃于本周發(fā)布的首批全彩照片之一，以慶祝詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡(簡(jiǎn)稱JWST)的科學(xué)運(yùn)行。美國總統(tǒng)喬·拜登和美國宇航局局長(zhǎng)比爾·納爾遜在白宮舉行的臨時(shí)簡(jiǎn)報(bào)會(huì)上公布了第一張照片。這張照片在天空中的張角，相當(dāng)于伸長(zhǎng)手臂，看指尖上的一粒沙子的大小。但是我們中國即將發(fā)射的中國空間站望遠(yuǎn)鏡CSST的觀測(cè)視場(chǎng)（就是一次看到的天空范圍）可達(dá)到其300倍。

這張圖實(shí)際上是JWST由多個(gè)波段的觀測(cè)圖像合成得到的圖像，總共12.5小時(shí)內(nèi)曝光得到的。而相比之下哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的同樣的圖像需要觀測(cè)數(shù)個(gè)星期，而且還達(dá)不到這樣的觀測(cè)深度。

韋布太空望遠(yuǎn)鏡有望徹底改變我們已知的天體物理學(xué)，它是有史以來人類發(fā)射到太空中最大的望遠(yuǎn)鏡，通過收集大爆炸后形成的恒星和星系的光，讓我們深入了解宇宙的過去（我們看的越遠(yuǎn)，相當(dāng)于看到的宇宙越早期的樣子）。韋布釋放的首張彩色圖像是望遠(yuǎn)鏡能力的一個(gè)完美例子。它展示了宇宙深處一個(gè)距離我們46億光年遠(yuǎn)，被稱為SMACS 0723的大質(zhì)量星系團(tuán)，因?yàn)樗薮蟮囊?chǎng)彎曲了它周圍的空間和時(shí)間，讓我們看到了宇宙更深處的景象。

這種效果相當(dāng)于一個(gè)透鏡，因?yàn)樾窍祱F(tuán)巨大的引力場(chǎng)造成的時(shí)空彎曲造成的光線彎曲，所以叫引力透鏡效應(yīng)。引力透鏡效應(yīng)是愛因斯坦的廣義相對(duì)論所預(yù)言的一種現(xiàn)象。早在1911年愛因斯坦就提出遠(yuǎn)處恒星的光線掠過太陽表面時(shí)會(huì)發(fā)生微小的偏轉(zhuǎn)，但直到1919年5月25日英國天文學(xué)家愛丁頓率領(lǐng)的觀測(cè)隊(duì)在非洲通過日全食觀測(cè)才驗(yàn)證了這一結(jié)果。

SMACS 0723在圖像的前景顯示了一片巨大的星系團(tuán)的區(qū)域——實(shí)際上，這個(gè)星系團(tuán)非常巨大，以至于它們周圍的空間和時(shí)間都發(fā)生了彎曲。這就是引力透鏡的現(xiàn)象，扭曲的時(shí)空類似于放大鏡，放大了星系團(tuán)后面更遠(yuǎn)星系，從而更便于我們觀察。僅在這張照片中就有數(shù)千個(gè)星系，其中一些星系（圖上看到的那些很微小的，扭曲的星系）發(fā)出的光經(jīng)過130多億年的宇宙之旅才被韋布望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到。

此前，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡曾拍攝過SMACS 0723的圖像，但憑借韋布太空望遠(yuǎn)鏡的能力和精度，現(xiàn)在可以看到該區(qū)域令人難以置信的細(xì)節(jié)。雖然這張照片的顏色令人眼花繚亂，但由于原始圖像是在紅外波段的光拍攝的，人的肉眼是看不到的，因此這個(gè)色彩是通過人工來合成來呈現(xiàn)的。與它的前輩哈勃不同，韋布望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)的是光譜中的紅外部分——一種肉眼看不見、但與熱有關(guān)的光。這就是為什么JWST的鏡面的鍍膜是用的一層金子，而不是像普通的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡用鋁等材料進(jìn)行鍍膜:就是為了更好地捕捉到紅外光。紅外光對(duì)觀測(cè)遙遠(yuǎn)的宇宙尤其重要，因?yàn)閬碜杂钪孀钤绲暮阈呛托窍档墓庠诖┰缴羁諘r(shí)會(huì)產(chǎn)生紅移，這主要是因?yàn)橛钪嬖诓粩嗟呐蛎洠簿褪枪蛎?。?dāng)可見光到達(dá)我們的時(shí)候，可見光已經(jīng)延展到了光譜的紅外部分。

實(shí)際上這張照片只是一個(gè)預(yù)告片。7月12號(hào)，JWST由NASA在新聞發(fā)布會(huì)上發(fā)布一些其他的同樣精彩的照片。這些圖像應(yīng)該包括如下的內(nèi)容：

1.NASA的韋伯望遠(yuǎn)鏡揭示了宇宙懸崖，恒星誕生的閃閃發(fā)光的景觀

這幅由“山脈”和“山谷”組成的景觀，點(diǎn)綴著閃閃發(fā)光的恒星，實(shí)際上是船底星云中一個(gè)名為NGC 3324的年輕恒星形成區(qū)域的邊緣。NASA的韋布太空望遠(yuǎn)鏡用紅外線捕捉到這幅圖像，首次揭示了之前不可見的恒星誕生區(qū)域。

2.星系群“斯蒂芬五重奏”的新圖像以罕見的細(xì)節(jié)展示了相互作用的星系是如何相互觸發(fā)恒星形成的，以及星系中的氣體是如何受到干擾的。這張照片還以前所未有的詳細(xì)程度展示了斯蒂芬五重奏中由黑洞驅(qū)動(dòng)的外流。

3.揭示了此前天文學(xué)家所未知的南環(huán)行星狀星云的細(xì)節(jié)。行星狀星云是瀕死恒星噴出的氣體和塵埃的外殼。

4.捕捉到了迄今為止，在太陽系外的一顆行星的通過大氣層最詳細(xì)的光譜觀測(cè)數(shù)據(jù)。觀測(cè)到明顯的水特征，以及之前的研究沒有發(fā)現(xiàn)的霧霾和云的證據(jù)。

韋布望遠(yuǎn)鏡在未來還能帶來哪些精彩的太空照片？讓我們拭目以待。

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