人類首張深空宇宙全彩圖發(fā)布

劉揚(yáng) 張一帆 任重

130億年前的一點(diǎn)光,是否望見了宇宙起點(diǎn)

美國有線電視新聞網(wǎng)、《華盛頓郵報(bào)》、路透社等多家媒體11日對此次發(fā)布進(jìn)行了報(bào)道。其中既因?yàn)檫@張照片的強(qiáng)大科學(xué)魅力，也因?yàn)槊揽偨y(tǒng)拜登為韋伯首張彩色圖像的發(fā)布站臺(tái)。

路透社報(bào)道稱，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的第一張全彩色照片是一張星系團(tuán)圖像，讓我們得以窺見有史以來最清晰的早期宇宙。由美國總統(tǒng)拜登和NASA局長尼爾森聯(lián)合發(fā)布的這張圖像顯示了一個(gè)距離46億光年、舍為SMACS 0723的星系團(tuán)。它的組合質(zhì)量就像一個(gè)“引力透鏡”，扭曲了空間，從而極大地放大了來自其背后更遙遠(yuǎn)星系的光。

“我們的宇宙觀剛剛被擴(kuò)大?！泵缆?lián)社11日稱，NASA新太空望遠(yuǎn)鏡公布的第一張圖像充滿了星系，提供了迄今為止捕捉到的最深處的宇宙景象。韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝的第一張圖像是人類有史以來在時(shí)間和距離上看到的最遠(yuǎn)的圖像。這張從宇宙拍攝的彩色圖中清楚可見黑茫茫的太空里有許多閃閃發(fā)光的星系，而這組照片堪稱人類在時(shí)間和距離上，看到的最遠(yuǎn)的銀河圖。NASA局長尼爾森表示，在這張照片中，數(shù)百個(gè)白色、黃色、橘色和紅色的光點(diǎn)、條紋、螺旋和漩渦，都只是宇宙的一小部分，這些光在130億年前發(fā)出，如今才被韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝下一而大爆炸是在138億年前發(fā)生，也就是說，這張照片里的星系幾乎何溯到了宇宙的起點(diǎn)。

美國總統(tǒng)拜登說，這臺(tái)望遠(yuǎn)鏡是“進(jìn)入我們宇宙歷史的一扇新的窗戶”。NASA局長尼爾森表示，韋伯望遠(yuǎn)鏡非常精確，將使科學(xué)家能夠看到太空深處行星的化學(xué)構(gòu)成并推斷它們是否適合生物棲息。他說：“我們將能夠回答我們甚至還不知道的問題?！?/p>

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是有史以來發(fā)射進(jìn)入太空最大型和最強(qiáng)大的天文望遠(yuǎn)鏡，可以前所未有地觀測更深邃的宇宙。該項(xiàng)目原計(jì)劃耗資5億美元，但由于各種原因，項(xiàng)目嚴(yán)重超支，總耗資超過100億美元。原計(jì)劃2007年發(fā)射升空，2021年底才完成發(fā)射?！?/p>

從首張圖上能看出哪些信息

《新西蘭先驅(qū)報(bào)》12日稱，NASA公布韋伯太空望遠(yuǎn)鏡拍攝到的第一張照片。這張照片是由12.5個(gè)小時(shí)近紅外相機(jī)拍攝的不同波長的圖像合成的，其在紅外波長上達(dá)到的深度超過哈勃太空望遠(yuǎn)鏡需要花費(fèi)數(shù)周時(shí)間才能到達(dá)最深處的視野。照片中的星系團(tuán)SMACS 0723,包含數(shù)千個(gè)星系，距離地球46億光年。韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)使這些遙遠(yuǎn)的星系清晰地聚焦在一起——它們具有以前從未見過的微小而模糊的結(jié)構(gòu)，包括星團(tuán)和漫射特征。隨著韋伯尋找宇宙中最早的星系，研究人員很快就會(huì)開始更多地了解星系質(zhì)量、年齡、歷史和組成成分。第一張圖片強(qiáng)調(diào)了韋伯的科學(xué)研究能力，以及它巨大的金色鏡子和科學(xué)儀器拍攝壯觀圖像的能力。

國家天文臺(tái)研究員陳學(xué)雷12日　向《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者介紹稱，天文望遠(yuǎn)鏡第一次觀測叫“初光”(first light）通過初光可以測試望遠(yuǎn)鏡的性能如何。深入的科學(xué)分析需要更多定量化的計(jì)算，初步來看韋伯拍攝的首張照片效果非常好，相比美國哈勃望遠(yuǎn)鏡只有一顆恒星的初光照片，這次選擇的天體對于公眾來說更有吸引力，而通過與哈勃望遠(yuǎn)鏡此前拍攝的同一星系團(tuán)照片對比，這次的照片更為清晰,具有更豐富的細(xì)節(jié)，說明望遠(yuǎn)鏡性能更為優(yōu)越。首張照片選擇拍攝的天體是星系團(tuán)SMACS 0723。銀河系是一個(gè)包含大量恒星的星系，而星系團(tuán)則是一個(gè)更大的結(jié)構(gòu)，由成百上千星系組成。照片中有不少紅色光弧是由引力透鏡現(xiàn)象造成的。它們也是一些星系，但不屬于SMACS 0723星系團(tuán)。通過引力透鏡可以看到更遙遠(yuǎn)、更暗的天體，還可以根據(jù)這些光弧推斷星系團(tuán)內(nèi)部物質(zhì)和引力場如何分布，包含多少暗物質(zhì)等重要信息。這些光弧往往是紅色的，說明發(fā)生了紅移現(xiàn)象。韋伯望遠(yuǎn)鏡是一個(gè)紅外望遠(yuǎn)鏡，它拍攝的是紅外圖像，在紅外圖像中也可以根據(jù)光的不同波長來分為不同顏色，這些紅色光弧所代表的星系處在更古老的宇宙之中?！?/p>

對中國有什么啟示

韋伯可以在尋找系外文明以及發(fā)現(xiàn)系外生命方面發(fā)揮什么作用？

韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是歐空局、加拿大航天局和美國國家航空航天局的共用項(xiàng)目，也是哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡的后繼項(xiàng)目。它能夠提供比哈勃望遠(yuǎn)鏡更高的紅外分辨率和靈敏度，觀測物體的亮度比哈勃望遠(yuǎn)鏡探測到的最微弱物體亮度要低100倍。這將使天文學(xué)和宇宙學(xué)領(lǐng)域的偵泛研究成為可能。其任務(wù)目標(biāo)主要包括四個(gè)，即尋找大爆炸后在宇宙中形成的第一批恒星和星系的光、研究星系的形成和演化、了解恒星形成和行星系統(tǒng)的形成、研究行星系統(tǒng)和生命起源。

陳學(xué)雷表示，目前全球科學(xué)家已對系外行星進(jìn)行了大量觀測，有科學(xué)家提出可以在系外行星上尋找系外生命。有學(xué)者提出一些測量方法來尋找系外生命，比如觀測行星大氣成分以便找到生命跡象，觀測行星周邊的環(huán)境來推斷是否可能有生命存在。天文學(xué)界預(yù)期韋伯望遠(yuǎn)鏡可以在相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)生很多研究成果。

美國天基望遠(yuǎn)鏡的研制與應(yīng)用，對于中國天基望遠(yuǎn)鏡的構(gòu)建有什么啟示嗎？陳學(xué)雷說，作為天文學(xué)領(lǐng)域的研究者，當(dāng)然希望中國也能有類似的大型太空天文學(xué)觀測設(shè)備。但國際上天文觀測設(shè)備也有多種類型，美國韋伯望遠(yuǎn)鏡是天文臺(tái)式的設(shè)備，特點(diǎn)是投資高、功能齊全，是旗艦型設(shè)備。此外還有非常適合做某方面研究的專用設(shè)備。韋伯望遠(yuǎn)鏡從項(xiàng)目醞釀、發(fā)射入軌再到傳回初光照，經(jīng)歷了很長時(shí)間，這種天文臺(tái)式的太空望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)缺點(diǎn)，是中國需要吸取的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，以便找到更適合中國自己的天基天文設(shè)備的發(fā)展模式?！?/p>