韦布大片来了：临近时间尽头的夜空

原文作者：Alexandra Witze

接近时间黎明的星系，洞察有史以来最深远的夜空。 

等待终于结束。美国宇航局的韦布空间望远镜的第一张科学图片已经发布，天文学家们为之目眩神驰。美国总统乔·拜登（Joe Biden）7月11日在白宫举行的新闻发布会上发布了这张历史性的图片，这是遥远宇宙中迄今最深远的天文图像。美国国家航空航天局（NASA）于7月12日公布了更多图像（见“韦布望远镜拍摄的首批照片”）。

韦布望远镜发布的第一张图片，展示了46亿年前出现的SMACS 0723星系团。来源：NASA、ESA、CSA和STSCI

这首张图片在揭晓之前得到严格保密，它展现出了这台望远镜变革性的能力。图中显示了飞鱼座数千个遥远的星系，比以往见过的任何星系都要微小，所拍摄的天空区域相当于一臂之遥的一粒沙那么大。

它显示出了“宇宙历史上有记录的最古老光线，来自130多亿——我重复一遍——130亿年前，”拜登发布图像时说，“这实在是深不可测。”

“我深感惊奇，”加利福尼亚大学尔湾分校天文学家Vivian U说，“我就在图上划啊划，弄清里面每一个点以及它们为什么在那里。”

科学家们期待着韦布这个有史以来发射到太空的最大望远镜，能够革新宇宙研究。人们已经挑选出了即将发布的第一批图像，包括深空拍摄，它们涵盖了这台望远镜的所有主要科学目标：早期宇宙、星系和恒星演化，以及太阳系以外的行星。

韦布望远镜拍摄的首批照片

韦布望远镜拍摄到了斯蒂芬五重星系（Stephan's Quintet）——一个各成员星系相互碰撞的星系群，这些错综复杂的宇宙碰撞触发了恒星的诞生。韦布望远镜能感知红外光，因此它能穿透星系周围的尘埃，揭示星系中心超大质量黑洞附近气体的速度和组成。（NASA, ESA, CSA, and STScI）

上图显示了船底星云（Carina Nebula）中名为NGC 3324的年轻恒星形成区的边缘，可能会让人想起哈勃太空望远镜拍摄的一张图像。韦布望远镜的照片首次揭示了之前不可见的恒星诞生区。（NASA, ESA, CSA, and STScI）

南环星云是一个由气体和尘埃组成的发光壳，这些气体和尘埃由一颗接近生命末期的恒星喷出。这两张照片是韦布望远镜在略微不同的红外波段上分别拍摄的，展示了中央恒星周围气体波纹的超清细节。（NASA, ESA, CSA, and STScI）

近日发布的第一张图像捕捉到了巨大热气态系外行星WASP-96b的蒸汽状大气的光谱。该光谱显示了水的独有特征以及云雾存在的证据。（NASA, ESA, CSA, and STScI）

变革的望远镜

与哈勃太空望远镜（最大和最著名的太空望远镜之一）不同的是，韦布主要探测红外波长。通过研究红外光，它可以穿透遮蔽新生恒星的尘埃云，能够以前所未有的“远见”窥看宇宙。韦布“不是二号哈勃——它真的是一个非常不同的望远镜”，退休天文学家、图像处理者Zolt Levay说，他为哈勃影像工作了几十年。“我们正注视着的是不可见光。”

极为遥远的星系只能在红外波段看到，因为宇宙的膨胀把它们的光从电磁波谱可见部分移到了红外。韦布的第一张深空图像表明，这种效应在一个名为SMACS 0723的星系团周围十分明显，该星系团距离地球约40亿光年。星系团的引力弯曲并放大了它背后天体的光，使天文学家能够一窥极其遥远之物。

“那些扭曲了的星系吸引了我的注意，”加拿大麦吉尔大学的天文学家Lisa Dang说。“它们看上去和其他我们所知的星系都不一样。”

韦布首张图像显示的星系或许可以追溯到130亿年前，几乎接近138亿年前宇宙创生的大爆炸。这让人想起哈勃拍摄的一些标志性深空图像。其中第一张是在1995年圣诞节期间花了十天拍摄的，它显示出在一片看似空旷的天空中，点缀着数千个前所未见的星系。韦布完成第一张图像只用了12.5个小时，相比之下，哈勃观测其他深空花了好几个星期。

韦布还有光谱学专长，这是关于不同波长的光如何与物质互相作用的研究。韦布以后会产出天体的红外光谱，它们能揭示这些物体的化学组成——达到影像无法实现的水平。斯坦福大学的历史学家Elizabeth Kessler说“这里头会产生一些真正激动人心的科学成果”，她曾研究过哈勃图像的审美冲击。

在多年延误和超支数十亿美元之后，韦布的首批图像算是有点扬眉吐气了。这台望远镜的最初设想提出于1989年，最终花费了NASA近100亿美元。它是有史以来最复杂的太空望远镜。在发射时，6.5米宽的主镜必须折叠起来，然后像蝴蝶展翅一样经过一系列令人焦虑的操作才能打开（参见：展翅、撑伞、降温：韦布望远镜的部署有多复杂？）。工程师们不得不多次测试其网球场大小的遮阳板（由薄如蝉翼的铝涂层聚合物薄膜制成）确保其能够正常展开，在外层空间的深寒之中保护望远镜的仪器。

为了让望远镜成为现实，NASA的合作伙伴——欧洲和加拿大的航天机构，总共又贡献了约10亿美元。韦布最终于2021年12月发射，并花了6个月时间准备科学仪器；预计它将至少运行20年。

举世瞩目

韦布是以James E. Webb的名字命名的，他在20世纪60年代阿波罗探月的热潮之中管理美国国家航空航天局。一些天文学家呼吁为该望远镜重新命名，因为James Webb在20世纪40年代末和50年代初在美国国务院担任过重要的领导职务，在美国政府识别和解雇男女同性恋雇员时这个部门处在前沿。NASA说没有表明望远镜需要更名的证据。其代理首席历史学家和另一位历史学家还在继续研究这个问题，预计很快会报告他们的发现。

来自韦布的第一批图像只是它未来科研成果的冰山一角。这些图像拍摄的是过去几周里120个小时的观测。即将进行的研究包括对木星和土星、被称为红矮星的小而昏暗的恒星、正在相互碰撞的遥远星系，以及其他恒星周围的热岩质行星的探索。Vivian U在韦布上有观测时间，她已经在期待着周四（7月14日）从望远镜上得到第一个数据。韦布团队会把并合星系的观测结果上传到一个网站，供她和同事访问。

Levay还记得他曾参与到哈勃一些最具标志性的图像的发布工作，例如在宇航员访问地球轨道望远镜、升级仪器之后拍摄的照片。他说：“你知道全世界都看着，可得做好了。”

韦布似乎正是如此。“我觉得它的工作超出了任何人的预期。这可太棒了。” Levay说。

原文以Landmark Webb telescope releases first science image — astronomers are in awe为标题发表在2022年7月11日《自然》的新闻版块上

© nature

doi: 10.1038/d41586-022-01906-6

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