詹姆斯韦伯太空望远镜：开启现代天文学新时代的神器
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的船底座恒星形成区域。图片来源：NASA
毫不夸张地说，詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）。。了现代天文学的一个新时代。
该望远镜于去年 12 月 25 日发射，自 7 月起全面投入使用，让我们得以一窥以前无法进入的宇宙。与哈勃太空望远镜一样，詹姆斯·韦伯太空望远镜位于太空中，因此它可以拍摄出细节惊人的照片，而不会受到地球大气层的影响。
然而，哈勃望远镜绕地球运行的高度为 540 公里，而詹姆斯·韦伯太空望远镜距离月球 150 万公里，远远超出了月球。从这个位置，远离地球反射热量的干扰，詹姆斯·韦伯太空望远镜可以收集来自宇宙的电磁波谱红外部分的光。
这种能力，加上詹姆斯·韦伯太空望远镜的更大镜子、最先进的探测器以及许多其他技术进步，将使天文学家能够回顾宇宙的最早时期。
随着宇宙的膨胀，它拉伸了向我们传播的光的波长，使更远的物体看起来更红。在足够远的距离，来自星系的光会完全从电磁波谱的可见部分转移到红外线。詹姆斯·韦伯太空望远镜能够探测到最早的时代，即近 140 亿年前。
哈勃望远镜仍然是一台伟大的科学仪器，能够观测詹姆斯韦伯望远镜无法观测到的光学波长。但韦伯望远镜可以观测得更远，甚至能观测到红外线，灵敏度更高，清晰度更高。
让我们来看看这十张图像，它们展示了这扇观察宇宙的新窗口的惊人威力。
1. 镜面校准完成
左图：詹姆斯·韦伯太空望远镜首次公开发布的对准图像。天文学家利用这幅图像将其与之前拍摄的同一区域天空的图像进行比较，例如右侧的地球暗能量相机拍摄的图像。图片来源：NASA/STScI//C。
尽管经过了多年地面测试，但像詹姆斯·韦伯太空望远镜这样复杂的天文台一旦部署在寒冷黑暗的太空中，就需要进行大量的配置和测试。
最大的任务之一是将 18 个六边形镜面展开并对齐，误差不超过光波长的几分之一。今年 3 月，NASA 发布了第一张完美对齐的镜子照片，镜子以一颗恒星为中心。虽然这只是一张校准图像，但天文学家立即将其与该片天空的现有图像进行了比较——结果非常兴奋。
2. 斯皮策 vs. 米里
这张图片显示了红外光下的“创生之柱”的一部分（见下文）；左侧是用斯皮策太空望远镜拍摄的，右侧是用詹姆斯韦伯太空望远镜拍摄的。深度和分辨率的对比非常鲜明。图片来源：NASA/JPL-CSA（左），NASA/ESA/CSA/STScI（右）
这张早期图像是在所有相机都聚焦的情况下拍摄的，清楚地显示了詹姆斯·韦伯太空望远镜相对于其前辈在数据质量上的飞跃。
左侧是斯皮策望远镜拍摄的图像，斯皮策望远镜是一台配备 85 厘米镜面的太空红外天文台；右侧是詹姆斯韦伯太空望远镜中红外 MIRI 相机和 6.5 米镜面拍摄的相同视野。斯皮策望远镜图像的噪声中隐藏着数百个可见星系，这展示了其分辨率和探测较暗光源的能力。这就是位于最深、最冷的黑暗中的更大镜子所能做到的。
3. 首张星系团图像
SMACS 0723 星系团 - 左侧为哈勃望远镜拍摄，右侧为 JWST 拍摄。JWST 红外图像中可见数百个星系。图片来源：NASA/STSci
这个名字平淡无奇的星系团 SMACS J0723.3-7327 是詹姆斯·韦伯太空望远镜向公众发布的首批彩色图像之一，是一个不错的选择。
该区域充满了各种形状和颜色的星系。这个巨大的星系团距离我们超过 40 亿光年，它们的总质量使空间弯曲，使得背景中遥远光源发出的光被拉伸和放大，这种现象被称为引力透镜。
这些扭曲的背景星系在图像中清晰可见，呈线状和弧状。哈勃图像（左）中的视野已经十分壮观，而詹姆斯·韦伯太空望远镜的近红外图像（右）则揭示了丰富的细节，包括数百个太暗或太红而无法被其前身探测到的遥远星系。
4. 斯蒂芬五重奏
哈勃（左）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（右）拍摄的斯蒂芬五重星系群图像。插图显示了遥远背景星系的放大视图。图片来源：NASA/STScI
这些图像描绘了一组壮观的星系，被称为斯蒂芬五重奏，它长期以来一直受到研究碰撞星系之间引力相互作用方式的天文学家的兴趣。
左侧为哈勃望远镜，右侧为 JWST 中红外视图。插图显示了新望远镜的威力，放大了背景中的一个小星系。在哈勃图像中，我们看到了一些明亮的恒星形成区域，但只有 JWST 才能显示这个星系和周围星系的完整结构。
5.创世之柱
“创生之柱”是我们银河系中的一个恒星形成区域，由哈勃望远镜（左）和詹姆斯·韦伯太空望远镜（右）拍摄。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI；（STScI）、Anton M.（STScI）、Pagan（STScI）
所谓的创生之柱是天文学领域最著名的图像之一，由哈勃望远镜于 1995 年拍摄。它展示了太空望远镜非凡的观测范围。
它描绘了鹰状星云中的一个恒星形成区域，星际气体和尘埃为充满新恒星的恒星育婴室提供了背景。右边的图像是用詹姆斯韦伯太空望远镜的近红外相机 (NICA) 拍摄的，展示了红外天文学的另一个优势：能够透过尘埃层看到外面的世界。
6. 沙漏形原恒星
“沙漏原恒星”，即仍在积累足够气体以开始进行氢聚变的恒星。插图：斯皮策望远镜的分辨率要低得多。图片来源：NASA/STScI/JPL-/A. Tobin
这张图片描绘了我们银河系内的另一个星系形成过程。这个沙漏状结构是一团围绕恒星（原恒星 L1527）形成的尘埃和气体云。
坠落的物质“吸积盘”（中心的暗带）只能在红外光下看到，最终将使原恒星聚集足够的质量来开始氢聚变，从而诞生一颗新恒星。
与此同时，仍在形成的恒星发出的光照亮了盘面上方和下方的气体，形成了沙漏形状。我们之前对此的观察来自斯皮策望远镜；细节数量再次是一个巨大的飞跃。
7. 红外线下的木星
从詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的木星红外图像。请注意两极的极光；这是太阳带电粒子与木星磁场相互作用的结果。图片来源：NASA/STScI
韦伯望远镜的任务包括对宇宙诞生之初最遥远的星系进行成像，但它也可以观察距离地球较近一点的星系。
虽然詹姆斯·韦伯太空望远镜无法观测地球或内行星（因为它必须始终背对太阳），但它可以观测太阳系更远的部分。这张木星的近红外图像就是一个很好的例子，我们可以从中深入观察这颗气态巨行星的云层和风暴结构。北极和南极的极光令人难忘。
由于木星相对于恒星在天空中的运动速度很快，而且自转速度很快，因此很难拍摄到这张照片。这次成功证明了韦伯望远镜能够很好地跟踪难以追踪的天文目标。
8.幻影银河
哈勃可见光图像（左）、詹姆斯·韦伯太空望远镜红外图像（右）和“幻影星系” M74 的合成图像（中）。将恒星的可见光信息与气体和尘埃的红外图像相结合，使我们能够以精细的细节探测到这些星系。图片来源：ESA/NASA
这些所谓的幻影星系（M74）的图像展示了 JWST 的强大功能，它不仅是最新、最伟大的天文仪器，而且也是其他伟大工具的宝贵补充。中心面板结合了哈勃的可见光和韦伯的红外线，让我们可以看到星光（通过哈勃）和气体和尘埃（通过 JWST）如何共同塑造这个非凡的星系。
詹姆斯·韦伯太空望远镜的大部分科学研究旨在与哈勃的光学视图和其他成像相结合，以利用这一原理。
9. 超远星系
“放大”宇宙早期的一个星系，当时宇宙只有大约 3 亿年的历史（右图。。可见的小红色光源）。这个距离的星系无法在可见光中探测到，因为它们发出的辐射已经“红移”到红外线中。NASA/STScI/C.
虽然这个星系（右图中的小红斑）不是我们宇宙中最美丽的星系之一，但它在科学上同样有趣。
这张照片拍摄于宇宙诞生仅 3.5 亿年的时候，是有史以来最早形成的星系之一。了解这些星系如何在 130 亿年后成长和合并，形成像我们银河系这样的星系是一个关键问题，它仍有许多未解之谜，因此像这样的发现备受追捧。
这也是只有詹姆斯·韦伯太空望远镜才能看到的景象。天文学家们并不知道会发生什么；哈勃望远镜拍摄的这个星系的图像看起来一片空白，因为星系的光已经被宇宙膨胀拉伸到红外线中。
10. 亚伯的巨型马赛克 2744
由多张 JWST 曝光照片组成的星系团 Abell 2744 图像。在这片天空的一小部分（满月的一小部分）中，显示的数千个物体几乎都是遥远的星系。图片来源：Lukas（内盖夫本-古里安大学）通过 GLASS/Team image
这幅图像（点击此处查看全图）是一幅马赛克图像（由许多单独的图像拼接而成），以巨大的星系团 Abell 2744（俗称“潘多拉星系团”）为中心。詹姆斯·韦伯太空望远镜可以探测到的光源数量和种类令人难以置信；除了几颗前景恒星外，每个光点都。。着整个星系。
在一片不大于满月一小部分的黑暗天空中，有成千上万个星系，真正体现出我们生活的宇宙的庞大规模。专业和业余天文学家都可以花费数小时搜索这张图片，寻找奇怪和神秘的东西。
在接下来的几年里，詹姆斯·韦伯太空望远镜能够如此深入地观察宇宙，这将使我们能够解答许多关于我们是如何诞生的问题。同样令人兴奋的是我们尚未预见的发现和问题。当你揭开只有这台新望远镜才能揭开的时间面纱时，那些未知的未知事物肯定会令人着迷。
