詹姆斯·韦布空间望远镜:揭秘宇宙起源的“时间机器”
詹姆斯·韦布空间望远镜:揭秘宇宙起源的“时间机器”
2021年12月25日,随着一枚阿丽亚娜5型运载火箭从法属圭亚那库鲁航天中心腾空而起,人类探索宇宙的新篇章就此开启。这枚火箭搭载的是詹姆斯·韦布空间望远镜(James Webb Space Telescope,简称JWST),这台被誉为“时间机器”的望远镜,肩负着揭示宇宙起源的重任。
韦布望远镜是美国航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和加拿大国家航天局(CSA)联合研发的红外线观测用空间望远镜,作为哈勃空间望远镜的继任者,它的使命是探索宇宙各阶段历史,从太阳系天体到早期可观测星系。这台望远镜的质量为6.2吨,约为哈勃空间望远镜(11吨)的一半。主反射镜由镀金铍镜制成,口径达到6.5米,面积为哈勃空间望远镜的5倍以上。该空间望远镜还能在近红外波段工作、能在接近绝对零度(相当于零下273.15摄氏度)的环境中运行。
红外之眼,穿透宇宙尘埃
韦布望远镜最独特之处在于其强大的红外观测能力。它观测的是波长为600-28300纳米的电磁波,这个范围包括了少数波长较长的可见光(如橙光、红光),其余的则都是红外线。这样的设计有三个主要原因:
- 红外线的波长比可见光更长,可以更容易地穿过弥散在宇宙空间中的气体和尘埃。
- 宇宙中的那些温度较低的天体(如系外行星),主要是在红外线波段下释放辐射。
- 宇宙中那些遥远的天体所发出的光线在传播过程中,会因为宇宙的膨胀出现红移,进而转变成红外线。
这种设计使得韦布望远镜能够捕捉到隐藏在尘埃云背后的天体,看到更遥远、更古老的宇宙。然而,这也意味着它对电磁波极为敏感,容易出现“探测器饱和”现象。因此,在观测像火星这样的强光源时,需要大幅降低曝光时间,这导致其拍摄的火星图像反而不如哈勃望远镜清晰。
揭秘宇宙起源
韦布望远镜的主要任务之一就是探测宇宙中最早期的星系。2022年7月,它拍摄的第一批科学照片中就包括了一个令人惊叹的发现——一个可能诞生于宇宙大爆炸后仅4亿年的星系。这个星系距离地球约135亿光年,其光线经过漫长的旅行才抵达韦布望远镜的“眼底”。
此外,韦布望远镜还首次直接拍摄到了一颗系外行星HIP 65426 b的图像。这颗行星的质量约为木星的6到12倍,年龄在1500万到2000万年之间,比地球年轻得多。通过四个不同的滤光器看到的图像显示了韦伯强大的红外凝视如何轻松捕捉太阳系以外的世界,为未来的观测指明了道路,这些观测将比以往任何时候都更能揭示更多关于系外行星的信息。
最近,韦布望远镜还捕捉到了狮子座P星系中正在形成新恒星的蓝色恒星群。这个位于约500万光年外的星系,其蓝色外观表明仍在形成新的恒星,因为较年轻的恒星往往比太阳等恒星发出更蓝的光。
未来展望
韦布望远镜的观测数据正在帮助科学家们更精确地测量宇宙膨胀的速率,即哈勃常数。最近的一项研究显示,韦布望远镜测得的哈勃常数为72.6 ± 2.0 km/s/Mpc,这一结果与哈勃望远镜此前的测量结果高度一致,进一步验证了宇宙膨胀理论的正确性。
随着韦布望远镜持续观测,我们有望获得关于宇宙起源和演化的更多线索。它将帮助我们理解第一批恒星和星系是如何形成的,揭示宇宙中神秘的暗物质和暗能量,甚至可能发现地外生命存在的迹象。这台望远镜不仅是一个科学工具,更是人类探索宇宙、追寻自身起源的里程碑。
正如英国埃克塞特大学物理学和天文学副教授Sasha Hinkley所说:“这不仅对Webb来说,而且对整个天文学来说都是一个变革性的时刻。”随着韦布望远镜不断传回新的观测数据,我们有理由相信,更多关于宇宙起源的奥秘将被逐一揭开。