人類最貴的眼睛

向治霖

它能接收早期星系發(fā)射的紅外光，觀察135億年前宇宙大爆炸幾億年后形成的第一批恒星和星系。

2021年圣誕節(jié)，韋伯望遠鏡發(fā)射升空。這是一趟令人期待的旅途。

上世紀90年代初，哈勃望遠鏡發(fā)射升空，在至今30年時間內，它完成了近150萬次對太空的科學觀察，展現(xiàn)了諸如類星體環(huán)境、遙遠星云等人類此前從未目睹的景象。韋伯望遠鏡，則被寄予了哈勃望遠鏡“繼任者”的期望。

不過，它又與哈勃望遠鏡截然不同。

2022年1月9日，天文學家通過控制釋放機構，經過50次主要部署，已經將韋伯空間望遠鏡中、由18塊六邊形鏡片組成的主鏡完全打開。它就像是一只眼睛，正在緩緩地張開。在預計半年時間的調整工作后，它將注目于廣袤蒼穹，望向那一片引得人類遐想了幾千年的無際宇宙。

“前輩”哈勃

比起哈勃望遠鏡，韋伯望遠鏡最大的不同之處，在于其可觀測無線電波長。

哈勃望遠鏡“雜而全”，可觀測的光譜，從紫外線、可見光，一直到紅外線以上。韋伯望遠鏡“專而精”，僅僅可觀測紅外線頻段的無線電。

這不是缺陷，而是進步。

韋伯望遠鏡最早預備在2010年前后發(fā)射，然而，相關進展一拖再拖，晚了整整10年。它的前輩哈勃望遠鏡，從立項到發(fā)射用了40多年。

但這一切是值得的。1990年，哈勃望遠鏡發(fā)射升空，距離地面大約540公里高度。在大氣層之上，哈勃望遠鏡用它直徑2.4米的鏡頭“深情凝視”遙遠的宇宙，為我們揭開了許多遙遠星系的秘密。

我們現(xiàn)在知道的許多宇宙學奇觀，都是哈勃望遠鏡帶來的。

例如“上帝之眼”，從圖片資料中看去，它是一個蔚藍色瞳孔與白眼球的四周透色的眼瞼，和眼睛很像。事實上，這是位于水瓶星座里的、編號為NGC7293的行星狀星云。

再例如，通過哈勃望遠鏡，人類第一次看見“瀕死”的行星。2019年8月，一顆滾燙的“橄欖球”狀系外行星被拍到。這顆行星因為距離恒星太近而被撕扯、加熱，大氣也正在加速逃逸，整顆行星處于被吞噬的邊緣。這個奇觀又被稱為“死亡擁抱”。

更重要的是，哈勃望遠鏡拓展了我們對“時間”的視野，讓我們看見目前最古的宇宙樣貌。

2020年1月，一個國際天文學家團隊利用美國哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了迄今已知的最遙遠、最古老的星系群。這個三重星系群被稱為EGS77。觀測表明，這個三重星系群參與了宇宙初期被稱為“再電離”的改造過程。EGS77大約誕生于宇宙大爆炸后6.8億年時，當時宇宙年齡還不足現(xiàn)今138億歲的5%。

哈勃望遠鏡戰(zhàn)功赫赫，以上寫到的，不過是最被人熟知的幾個奇觀。

然而，不得不接受的是，航天器終究有報銷退役的一天。

2010年，哈勃望遠鏡最后一次接受維護，在此之后，由于美國航天器的退役，以及對維護人員的安全考慮，它再也無法被修復。

如今又過了11年，據美國航空航天局消息，哈勃望遠鏡上用于維持穩(wěn)定的6個陀螺儀壞了3個，整個機身“垂垂老矣”，它將隨時可能返回大氣層，從此退役。

還好，作為它的繼任者，韋伯望遠鏡終于發(fā)射上崗了。

又一只“眼睛”

韋伯望遠鏡，是哈勃的繼任者，也無疑是它的加強版。

按照傳統(tǒng)的性能參數，最基本的一項是，韋伯望遠鏡的反射鏡面直徑達到了6.5米，更大的面積可以收集更多光線。這也意味著，它能看到更遠、更暗淡的星光。

韋伯望遠鏡僅僅接收紅外線頻段，根據我們對電磁波的認識，這意味著，它將看到更精密的、更古老的宇宙圖景。

如此一路看下來，20世紀至今，科技突飛猛進。地面的科技“內卷”不休，好在航天科技“初心不改”，沒有忘記去尋找星辰大海邊際的旅途。

這趟旅途的目的地，則是構建完整的現(xiàn)代宇宙學。因而，在詳細介紹韋伯望遠鏡之前，讓我們再次回到20世紀。

天文觀測這一領域，從最初就和宇宙學結緣。伽利略時代，通過手中小小的望遠鏡，伽利略推翻了幾千年來“天圓地方”的宇宙構想。20世紀，人們愈發(fā)認識到，真正的宇宙似乎無邊無涯。

1912年，美國天文學家斯萊弗正在研究河外星系，發(fā)現(xiàn)它們的光譜線普遍存在著向紅端移動的現(xiàn)象。隨著研究素材的積累，他得出結論，幾乎所有的河外星系，都有“紅移效應”。根據多普勒效應解釋，這些星系都在離地球遠去。

1929年，美國天文學家哈勃提出了“哈勃定律”：星系的紅移量與它們離地球的距離成正比。形象地說，宇宙就是一個膨脹的氣球，且越在外層的、膨脹速度越快。沒錯，哈勃望遠鏡所紀念的，就是這位提出了宇宙模型的科學家。

因為“氣球”模型，宇宙從人們以為的“萬古如長夜”，變得熱鬧起來了。宇宙既然是越來越大的，那么，將時間往前推，它應該越來越小?？墒牵C據在哪里？

證據就在無線電中。根據“大爆炸”學說，宇宙不斷地膨脹，溫度不斷下降，各類元素開始形成。但是，原初輻射與物質元素脫離耦合后仍保持黑體譜。也就是說，宇宙最初的那次爆炸，遺留下遍存于宇宙的碎片，它們表現(xiàn)為“宇宙微波背景輻射”。

研究“宇宙微波背景輻射”，正是韋伯望遠鏡的最重要的任務。

據美國航空航天局消息，它將調查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據（宇宙微波背景輻射），觀測今天可見宇宙的初期狀態(tài)。它能接收早期星系發(fā)射的紅外光，觀察135億年前宇宙大爆炸幾億年后形成的第一批恒星和星系。

正因延期，韋伯望遠鏡捕捉微弱無線電的配置得到加強。比起哈勃望遠鏡僅僅540公里的軌道，這一次，韋伯望遠鏡直接登陸150萬公里的衛(wèi)星軌道，以此減少月球和地球的熱輻射干擾。

它是有史以來，人類最貴的一雙眼睛。大概在2022年6月前后，它會完全睜開，正式啟動。

它將傳回怎樣的照片？值得期待。

摘編自《南風窗》2022年第2期