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翻译：姜力萌

校对：余家乐

编排：葫芦

后台：朱宸宇

原文链接：https://phys.org/news/2022-12-ten-year-webb-telescope-blew.html

JWST拍摄的船底座恒星形成区。资料来源：NASA

毫不夸张地说，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）代表了现代天文学的一个新时代。

韦布望远镜于去年12月25日发射，自7月起全面投入使用，让我们得见从前无法见到的宇宙奇观。与哈勃太空望远镜一样，韦布望远镜也是运行在太空中，因此它可以拍摄出不受地球大气湍流影响的惊人细节。

然而，当哈勃在540公里的高度围绕地球运行时，韦布却在150万公里处，远在月球轨道之外。从这个远离我们地球红外辐射干扰的位置，它可以收集来自整个宇宙的光，甚至电磁光谱的红外部分。

这种能力与JWST更大的镜片、更先进的探测器和许多其他技术进步相结合，使天文学家能够回望宇宙最早的时期。

随着宇宙的膨胀，它会拉伸向我们传播的光的波长，使更远的物体看起来更红。在足够远的距离上，来自星系的光会从电磁波谱的可见部分完全转移到红外线。JWST能够探测这样的光源，并追溯到其最早的时代，即近140亿年前。

哈勃望远镜仍然是一个伟大的科学仪器，可以在韦布望远镜无法观测的光学波长上观测。但是韦布望远镜可以凭借更高的灵敏度和清晰度进一步探测红外线。

让我们来看看这十张图片，它们展示了这个新的宇宙之窗的惊人能力。

一、镜面校准完成图

图左：公布的第一张JWST的校准图像。天文学家们把这张照片与以前的同一片天空的图片进行比较，比如右边的图片来自地球上的暗能量相机。资料来源：NASA/STScI/LegacySurvey/C. Jacobs

尽管韦布望远镜已在地面上测试了多年，但一旦发射到冰冷黑暗的太空中，像它这样复杂的观测台需要极其庞大的配置和测试。

最大的任务之一是让18块六边形镜面部分展开并对准到一个波长的几分之一。3月，美国宇航局发布了来自完全校准的镜子的第一张图像（以一颗恒星为中心）。尽管这只是一张校准图像，但天文学家们立即无比兴奋地将其与那片天空的现有图像进行了比较。

二、斯皮策望远镜VS韦布中红外相机

这张图片显示了红外波段的 "创世之柱 "的一部分（见下图）；左边是用斯皮策空间望远镜拍摄的，右边则是韦布的。这两张图片在深度和分辨率上的对比非常明显。资料来源：NASA/JPL-Caltech（左），NASA/ESA/CSA/STScI（右）

这张早期的图像是在韦布所有相机都在聚焦时拍摄的。它清楚地表明了韦布在数据质量上比其前辈有了很大的提升。

图片左边是斯皮策望远镜的图像，斯皮策是一个拥有85厘米镜面的天基红外天文台；右边是韦布的中红外MIRI相机和6.5米镜面观测同一区域的图像。这里展示的是韦布探测更暗光源的分辨率和能力，图片里数百个星系清晰可见，而这些星系在斯皮策图像的噪声中消失了。这就是位于最深、最冷的黑暗深空中韦布更大的镜面所能做到的。

三、第一张星系团图像

SMACS 0723星系团——左边是哈勃图像，右边是韦布图像。在韦布的红外图像中还可以看到数百个星系。资料来源：NASA/STSci

对于JWST向公众发布的第一批彩色图像来说，SMACS J0723.3-7327这个名字平淡无奇的星系团是一个很好的选择。

这个区域挤满了各种形状和颜色的星系。这个40亿光年之外的巨大星系团的质量使空间发生弯曲，来自背景中遥远来源的光被拉伸和放大，这种效应被称为引力透镜效应。

从这张图片中，我们可以清晰地看到这些扭曲的背景星系的线条和弧线。这个区域在哈勃图像中已经很壮观了（左），但JWST的近红外图像（右）揭示了大量的额外细节，包括数百个太暗或太红而无法被其前身探测到的遥远的星系。

四、斯蒂芬五重星系

哈勃（左）和JWST（右）拍摄的被称为 "斯蒂芬五重星系 "的星系群图像。插图显示了对一个遥远的背景星系的放大。资料来源：NASA/STScI

这些图像描绘了一个壮观的星系群，被称为 "史蒂芬五重星系"，它长期以来一直吸引着一群天文学家，因为他们的研究领域是碰撞星系的相互作用方式。

左边是哈勃的视图，右边是韦布的中红外视图。插图显示了韦布的威力，并放大了一个小背景星系。在哈勃的图像中，我们看到了一些明亮的恒星形成区；但只有在韦布图像上，这个星系和周围星系的完整结构才会显现出来。

五、创世之柱

创世之柱——我们银河系中的一个恒星形成区。左图：哈勃拍摄；右图：韦布拍摄。资料来源：NASA, ESA, CSA, STScI; Joseph DePasquale (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

所谓的“创世之柱”是所有天文学图像中最著名的图像之一，它由哈勃在1995年拍摄。这张图像展示了一个天基望远镜的非凡能力。

它描绘了鹰状星云中的一个恒星形成区，那里的星际气体和尘埃为一个充满新生恒星的恒星苗圃提供了背景。右边的图片由韦布的近红外相机（NIRCam）拍摄，展示了红外天文学的另一个优势：透过尘埃的遮挡，看到内部和背后的东西。

六、“沙漏”原恒星

“沙漏”原恒星是一颗仍在吸收足够气体以开始核聚变的恒星。右上角插图是一张来自斯皮策望远镜的低分辨率图像

这张图片描绘了银河系内的另一个创造行为。这个沙漏状的结构是围绕着一颗正在形成的恒星的尘埃和气体云。它的名字叫做L1527原恒星。

只在红外波段可见，落入的物质的"吸积盘"（中间的黑带）最终将使原星聚集足够的质量以开始氢元素聚变，一颗新的恒星将诞生。

同时，来自仍在形成中的恒星的光线照亮了圆盘上下的气体，形成沙漏状。我们之前的认识源于斯皮策；而如今，韦布的细节数量再一次使我们有了巨大的飞跃。

七、红外波段的木星

韦布拍摄的木星的红外图。注意两极的极光：这是由来自太阳的带电粒子与木星的磁场相互作用造成的。资料来源：NASA/STScI

韦布望远镜的任务包括对宇宙之初的最遥远的星系进行成像，但它也可以看看离地球较近的地方。

尽管韦布不能观测地球或更靠近太阳系内部的行星——因为它必须始终背向太阳——但它可以向外观测太阳系更遥远的部分。这张木星的近红外图像就是一个很好的例子，我们凝视着这个气态巨行星的云层和风暴的结构。它南北两极的极光光芒令人神往。

由于木星在天空中相对于恒星的快速运动以及木星的快速自转，想要拍摄这一图像极为困难。这次成功证明了韦布望远镜有能力极好地追踪困难的天文目标。

八、幽灵星系

“幽灵星系”M74图像。图左：哈勃可见光；图右：韦布红外；图中：二者的合并图像。将有关恒星的可见光信息与气体和尘埃的红外图像结合起来的能力使我们能够精细地探测这些星系。资料来源：ESA/NASA

这些所谓的幽灵星系或M74的图像揭示了韦布的能力，它不仅是最新和最伟大的天文仪器，而且是对其他伟大工具的宝贵补充。这里的中间部分结合了哈勃的可见光和韦布的红外光，让我们看到星光（通过哈勃）和气体及尘埃（通过韦布）如何共同塑造这个非凡的星系。

韦布的许多建造科学旨在与哈勃的光学视图和其他成像相结合，以利用上述合成图像的原理。

九、一个超级远的星系

在宇宙最早的时期一个星系的局部放大。当时宇宙只有大约3亿年的历史（在右图中心可见的小红点）。这个距离的星系在可见光下是不可能被探测到的，因为它们发出的辐射已经被 "红移 "到了远红外线。资料来源：NASA/STScI/C. Jacobs

尽管这个星系——右图中的红色小圆球——并不属于我们宇宙中最壮观的风景，但它在科学上同样有趣。

这张照片是在宇宙仅有3.5亿年历史的时候拍的，这使得它成为有史以来最早形成的星系之一。了解这些星系如何成长和合并、从而在130亿年后形成像我们的银河系这样的星系是一个关键问题，也是一个仍有许多谜团的问题，这使得像这样的发现备受追捧。

这也是一个只有JWST才能实现的视角。天文学家们不知道会拍到什么：用哈勃拍摄的这个星系的图像会是一片空白，因为这个星系的光线被宇宙膨胀远远地拉伸到了红外区。

十、阿贝尔2744的巨型拼接图

一个由许多不同的韦布曝光图片组合而成的阿贝尔2744星系团的图像。在天空的这一小部分（略小于满月）所显示的数千天体中，几乎每一个都是一个遥远的星系。资料来源：Lukas Furtak（本古里安大学），GLASS/UNCOVER团队。

这张图片是一张以巨大的阿贝尔2744星系团为中心的拼接图（许多单独的图片拼接在一起），俗称 "潘多拉星系团"。韦布所能探测到的光源的数量和种类令人难以置信。这张图中，除了少数的前景恒星之外，每一个光点都代表着整个星系。

在一片比满月还小的黑暗天空中，有成千上万的星系，真正展现出我们居住的宇宙的巨大规模。专业的和业余的天文学家都可以花几个小时的时间在这张图片上寻找怪异和神秘之处。

在未来几年里，韦布如此深入和远距离地观察宇宙的能力将使我们能够回答许多关于“我们是怎么来的”的问题。同样令人兴奋的是那些我们还无法预见的发现和问题。当你像只有这台新望远镜能做的那样揭开时间的面纱时，这些未知的东西肯定会令人着迷。

当然还有一些落选但也很美丽的图片，不知道大家最喜欢哪一张呢？

海王星：

泰坦（土卫六）：

蜘蛛星云：

车轮星系：

NGC 3132环状星云：

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