韋伯望遠鏡的太空之旅

王治鈞 袁懋

人類探索宇宙的征程充滿未知，而太空望遠鏡則是人類望向深空的眼睛。1609年，意大利天文學家、物理學家伽利略設計并制造了世界上第一臺光學天文望遠鏡，幫助人類第一次看清了地球附近的天體。

2021年，由美國航空航天局發(fā)射的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（以下簡稱“韋伯太空望遠鏡”），是人類迄今為止制造的口徑最大、結構最復雜的光學紅外太空望遠鏡。

TED大會在2022年先后邀請了兩位科學家介紹、分享韋伯太空望遠鏡相關的天文物理知識：一位是諾貝爾物理學獎獲得者美國天體物理學家約翰·C·馬瑟（John C. Mather），他1995年就加入韋伯太空望遠鏡項目，擔任高級項目科學家；另一位是韋伯太空望遠鏡項目科學家、大學天文學研究協(xié)會副主席海蒂·哈默爾（Heidi Hammel）。

韋伯太空望遠鏡

強在哪里？

于1996年立項開發(fā)的韋伯太空望遠鏡，是全球第一款超級紅外線太空望遠鏡，口徑達到6.5米，是1990年美國研制、發(fā)射的空間望遠鏡——哈勃空間望遠鏡口徑的6倍。

這部太空望遠鏡擁有18片鍍金主鏡片、5張薄如蟬翼的聚酰亞胺隔熱罩、低至零下223攝氏度的工作溫度。

韋伯太空望遠鏡有4個主要科學目標：尋找宇宙大爆炸后，早期宇宙中誕生的第一批恒星和星系；研究星系從形成到現(xiàn)今狀態(tài)的演化；了解恒星-行星系統(tǒng)的形成；研究行星系統(tǒng)的物理和化學性質(zhì)，研究其存在生命的可能性。

在飛離地球的過程中，韋伯太空望遠鏡自動完成了各種復雜的伸展動作，并成功運行，成為新的太空天文觀測站。目前，韋伯太空望遠鏡陸續(xù)發(fā)布了多個驚艷天體物理學界的成果，揭開了人類以前從未觀測到的全新宇宙區(qū)域的面紗。

哈勃空間望遠鏡位于距離地面600千米的低軌道位置上，即使其光學儀器發(fā)生故障也可以前去維修。而韋伯太空望遠鏡距離地球150萬千米，是地球至月球距離的4倍，這意味著即使其出現(xiàn)故障也不可能派遣維修人員。

韋伯太空望遠鏡的

新發(fā)現(xiàn)

韋伯太空望遠鏡的關鍵科學目標之一，是要研究星體是如何形成的，而船底座是進行此項研究的最佳地點。

船底座是龐大而又明亮的星云，距離地球約7600光年，那里是“恒星托兒所”，新的星體會在此誕生。

韋伯太空望遠鏡拍攝的船底座星云圖像呈現(xiàn)了它與眾不同的面貌——它就像一座被侵蝕的海岸懸崖，若隱若現(xiàn)，上面點綴著數(shù)百顆天文學家從未見過的恒星。這張照片還包含了一些科學家無法解釋的構造，比如一個奇怪的彎曲特征。

研究這些圖像可以揭示分子的溫度、壓力和運動，幫助科學家揭示宇宙的歷史、反演太陽系的形成過程。

宇宙中有其他生命體嗎？

在韋伯太空望遠鏡的幫助下，天文學家發(fā)現(xiàn)了TRAPPIST-1星系，該星系由一顆紅矮星和七顆地球大小的行星組成，它們距離地球約39.13光年，其中幾顆行星位于恒星的宜居帶或附近，那里可能存在液態(tài)水。天文學家相信它們是研究太陽系外行星適合生命存在的最好實驗室。

迄今為止，韋伯太空望遠鏡得到了一些初步結果，但還不足以確定這些行星的大氣層成分。如果這些行星有大氣層，并且含有二氧化碳或甲烷，那么韋伯太空望遠鏡有望在未來數(shù)月或數(shù)年內(nèi)探測到它們。

人類仰望星空、探索宇宙，是為了探究神秘宇宙與人類文明的本質(zhì)。在這個過程中，中國科學家也積極參與，并計劃在2023年發(fā)射中國首個大型空間巡天望遠鏡，它將與中國空間站共軌飛行，打造中國的“深空之眼”。讓我們一起期待吧！