文/施韡

◎◎韋布望遠鏡（圖源：NASA）

千呼萬喚始出來，2022 年7 月12 日晚，韋布望遠鏡的首批科學圖像正式亮相。震撼人心的畫面讓幾乎所有人都覺得25 年的漫長等待值了，超過100 億美元的花費值了！

韋布望遠鏡是人類設計過的最大、最復雜的空間望遠鏡，在它身上應用了多項尖端科技，如折疊的拼接式鏡片、可自動展開的薄膜型遮光罩、低溫促動器、輕量化光學元件、超精細攝譜儀、全新的熱控技術等。這些都意味著韋布望遠鏡有非同尋常的科學目標：

◆探索早期宇宙——擁有紅外成像能力的韋布望遠鏡將成為一臺強大的“時間機器”，它可以回溯到135 億年前，看到宇宙誕生后不久，在黑暗中形成的第一代恒星和星系。

◆了解星系演化——超大鏡面和超靈敏的紅外探測設備將捕捉到最微弱、最早的星系“化石”，將它們與當前宇宙的星系進行比較，可幫助我們了解數(shù)十億年來星系是如何演化的。

◆見證恒星與行星的一生——紅外線具有穿透塵埃的能力，這讓韋布望遠鏡具備了一雙“火眼金睛”——看清隱藏在塵埃之下的恒星與行星是如何誕生的。

◆了解系外行星——韋布望遠鏡將告訴我們更多關于系外行星大氣層的信息，我們可以依此判斷宇宙中其他地方是否存在產生生命活動的基礎條件。

如此宏偉的科學目標和巨大的工程難度，使得韋布望遠鏡的研制過程異常艱難。最初計劃2007 年發(fā)射的它，直到2021 年底才終于起飛。在經過了150 萬千米的長途跋涉、約360 個展開動作后，韋布望遠鏡終于進入了自己的工作軌道。又經歷了長達數(shù)月的一系列復雜的鏡片校準和儀器測試，它才終于準備就緒。當看到它傳回的第一張圖像時，科學家們歡呼雀躍——一切都是值得的。

韋布望遠鏡的成像質量比預期的還要好。首批公布的5 張圖像不僅展現(xiàn)了韋布望遠鏡的卓越性能，更為我們呈現(xiàn)了一個前所未見的宇宙。

星系團 SMACS 0723：一臂之遠的圖像中竟然包含了上千個星系

這是韋布望遠鏡拍攝的首張深空圖像，主要顯示的是一個編號為 SMACS J0723.3-7327 的星系團（可縮寫為 SMACS 0723）。

SMACS 0723 由數(shù)百個星系共同組成，距離地球大約46 億光年——也就是說，韋布望遠鏡收集到的這些光子從星系團起程出發(fā)時，我們的地球才剛剛誕生！

圖中最引人注目的是一顆光芒萬丈的星星。然而，它不過是銀河系中一顆不知名的暗弱恒星，只是由于離我們較近，才一不小心成功“搶戲”。在那顆亮星的右下方，你能見到幾個明亮的、白色的、呈現(xiàn)圓形或橢圓形的斑點，它們就是星系團的成員。

在星系團的周圍，你或許已經注意到有幾十條細長而彎曲的弧線，像融化了的太妃糖。它們事實上是更遙遠的星系——遠至 100多億光年外。它們原本躲在 SMACS 0723 的身后，由于SMACS 0723的強大引力使周圍時空發(fā)生扭曲，將遠方星系路過的光“掰彎”了，于是我們會看到多個重復的像，猶如我們正透過一個凸透鏡進行觀察，這種現(xiàn)象叫作“引力透鏡效應”。

這張圖片中密密麻麻遍布著數(shù)千個模糊的亮斑，其實它們都是完整的星系，每一個星系里都有上千億顆恒星。它們大多位于幾十億光年以外，個別呈現(xiàn)暗紅色的星系，與我們的距離則達到了130億光年。

◎◎◎SMACS◎0723星系團（圖源：NASA）

◎◎WASP-96◎b的想象圖，就連韋布望遠鏡也無法直接拍到它的影像◎（圖源：Astronomy.com）

系外行星 WASP-96 b：首次詳細揭示了太陽系外行星大氣中水的特征

WASP-96 是一顆距離地球約1100 光年的類太陽恒星，擁有一顆不同尋常的行星 WASP-96 b。據(jù)推測，這顆行星距離它的恒星只有700 萬千米，每3.4 天就公轉一周，其大小與木星相當，但質量只有木星的一半。根據(jù)這些信息判斷，這應該是一顆熱木星（指其公轉軌道距離其宿主恒星極為接近的類木行星）。它的大氣層頂部應該非常熱，可達到1000℃，這樣的高溫使得大氣膨脹。

更重要的是，從地球上看，這顆行星每一圈公轉都會從恒星前面經過，這種現(xiàn)象稱為“凌日”。此時，恒星發(fā)出的光將先穿過這顆行星的上層大氣，才能到達地球。

行星大氣中的原子和分子會吸收特定波長的光。如果把恒星的光分解成像彩虹一樣的光譜，就會發(fā)現(xiàn)光譜上留下了額外的暗線，被稱為“吸收線”，是那顆行星大氣成分的印跡。

◎◎類太陽恒星◎WASP-96的光譜，透露了繞它旋轉的行星WASP-96◎b的大氣成分◎（圖源：NASA）

下方這張圖是行星WASP-96 b 發(fā)生凌日時類太陽恒星WASP-96 的光譜。從圖中我們看到WASP-96 b 的大氣中存在顯著的水蒸氣（H2O）。記錄到的數(shù)值波動還反映出行星大氣中含有云和霾的特征。

韋布望遠鏡強大的光譜分辨本領，讓我們獲得了有史以來最清晰的系外行星大氣成分的數(shù)據(jù)。通過這種方法，我們有望獲得更多關于系外行星大氣的信息，從而判斷該行星是否宜居，甚至偵察其有無生命活動跡象。

◎◎通過凌星探測行星大氣成分的原理◎（制圖：施韡）

◎◎NGC◎3132的近紅外圖像◎（圖源：NASA）

行星狀星云 NGC 3132：展示了垂死恒星的華麗謝幕

NGC 3132 是一個行星狀星云，距離地球約 2000 光年，又被稱為“南天環(huán)狀星云”。它的前身是一顆類似太陽的恒星，核心燃料耗盡后快速膨脹成為一顆紅巨星，最終，外層物質擴散、脫離星體，核心則坍縮成白矮星，核心外圍的物質以更高的溫度、更快的速度被推出去——這就是它形成的過程。

◎◎NGC◎3132的中紅外圖像◎（圖源：NASA）

◎◎NGC◎3132◎局部，透過星云能看到更遙遠的星系（圖源：NASA）

看韋布望遠鏡的近紅外相機（NIRCAM）拍攝的NGC 3132 圖像，低溫分子氣體和塵埃組成的外層物質用橙色表示，中間的藍綠色是更熱的等離子體。我們能看出它的外層物質的結構非常厚實且復雜。

韋布望遠鏡的中紅外相機（MIRI）拍攝的NGC 3132 圖像讓我們發(fā)現(xiàn)：NGC 3132 的中心實際上有兩顆恒星，其中一顆恒星還沒有走到生命的終點。

如此精細的畫面有助于我們了解像太陽這樣的恒星死亡時的情況，了解上一代恒星拋射出去的物質如何“化作春泥”成為下一代恒星形成所需的養(yǎng)料。

斯蒂芬五重奏星系：透視超大質量黑洞附近氣體的速度與組成

◎◎上圖：斯蒂芬五重奏星系的近紅外圖像

斯蒂芬五重奏星系實際上由兩部分組成：其中4 個星系構成一個相互作用的小星系群，距離地球約3 億光年；另一個為前景星系，也就是畫面中最左側的那個，離地球只有4000 萬光年，跟其他4個星系沒有物理上的關聯(lián)。這張近紅外圖像顯示了該星系群中相對較冷的氣體和塵埃。看位于畫面中央的NGC 7318 a 和NGC 7318 b，紅色部分是兩個星系劇烈碰撞過程中被甩出去的物質。經過一段時間的冷卻后，這些物質有機會形成新的恒星。

而在中紅外圖像中，上方的NGC 7139 星系中心顯得非常明亮。這意味著我們看到的是來自一個超大質量黑洞外圍的光芒。這個黑洞正在貪婪地吞噬著星系核心的氣體和塵埃，這些物質在下落過程會升溫并發(fā)出強烈的電磁輻射。

◎◎下圖：斯蒂芬五重奏星系的中紅外圖像（圖源：NASA）

船底座星云：透過濃密塵埃瞥見新恒星的誕生

◎◎船底座星云的近紅外圖像◎（圖源：NASA）

在船底座的南部，有一個彌漫著氣體和塵埃的巨大星云，叫作“船底座星云（Carina Nebula）”。它距離地球大約7000 光年，是銀河系最活躍的恒星形成區(qū)之一。

這張圖是由韋布望遠鏡的近紅外相機所拍。畫面下半部分像山巒一樣的是星云里的氣體和塵埃；上半部分顯示出一些質量巨大、非常明亮的恒星，它們吹出的星風侵蝕著氣體和塵埃，將它們一路向西推，就像海浪沖刷著沙灘一樣，留下了涇渭分明的界線。

韋布望遠鏡的中紅外相機同樣也拍攝了船底座星云。圖中粉紅色和紅色的部分是正在誕生或剛剛誕生的恒星。它們中的一部分產生了強烈的輻射和星風，將包裹自己的氣體吹走，于是形成了氣泡或空腔；而另一部分仍然被形成它們的塵埃物質深深包裹著。這一過程只會持續(xù)5 萬年至10 萬年，這在恒星的一生中堪稱一瞬，韋布望遠鏡以其極高的靈敏度捕捉到了這一美妙時刻。

星空之美，美不勝收；宇宙之妙，妙不可言。韋布望遠鏡的首批照片把我們帶入了夢境般的宇宙深處，令人陶醉不已。然而，這僅僅是個開始。我們有理由相信，韋布望遠鏡會將我們對宇宙的認知推向一個前所未有的高度。

◎◎船底座星云的中紅外圖像◎（圖源：NASA）