韦伯望远镜：2022年令人难忘的宇宙的新图像

可以毫不夸张的说詹姆斯韦伯太空望远镜（JWST）开创了现代天文学的新时代。该望远镜自去年12月25日发射，于7月起全面投入使用，为我们提供了以前无法进入的宇宙新画面。与哈勃太空望远镜一样，JWST也在太空中，因此它可以拍摄出具有惊人细节的照片，而不会受到地球大气层的扭曲。

然而，虽然哈勃望远镜在地球轨道上运行，高度为540公里，但JWST距离月球150万公里，远远超出月球。从这个位置，远离我们星球反射热的干扰，它可以将来自宇宙的光收集到电磁光谱的红外部分。这种能力与JWST更大的镜子，最先进的探测器和许多其他技术进步相结合，使天文学家能够回顾宇宙最早的时代。

随着宇宙的膨胀，它会拉伸朝我们行进的光的波长，使更远的物体看起来更红。在足够远的距离上，来自星系的光完全从电磁光谱的可见部分转移到红外线。JWST能够探测到最早的时代，即近140亿年前。

哈勃望远镜仍然是一个伟大的科学仪器，可以在JWST无法看到的光学波长上看到。但是韦伯望远镜可以更远地看到更远的红外线，具有更高的灵敏度和清晰度。

让我们来看看十张图片，它们展示了这个通往宇宙的新窗口的惊人力量。

1. 镜子对齐完成

左：JWST的第一个公开发布的对齐图像。天文学家跳上这张图像，将其与之前天空同一部分的图像进行比较，就像地球上暗能量相机右侧的图像一样。

尽管在地面上进行了多年的测试，但像JWST这样复杂的天文台一旦部署在寒冷和黑暗的太空中，就需要进行大范围的配置和测试。

最大的任务之一是将18个六边形镜段展开并对齐到光波长的一小部分内。三月份，美国宇航局发布了第一张来自完全对齐镜子的图像（以恒星为中心）。虽然这只是一张校准图像，但天文学家立即将其与那片天空的现有图像进行了比较 - 相当兴奋。

2. 斯皮策 vs. MIRI

这张图片显示了红外线中“创造之柱”的一部分（见下文）;左边是用斯皮策太空望远镜拍摄的，右边是JWST。深度和分辨率的对比是戏剧性的。图片来源：NASA/JPL-Caltech（左），NASA/ESA/CSA/STScI（右）

这张早期图像是在所有相机对焦时拍摄的，清楚地展示了JWST在其前辈上带来的数据质量的飞跃变化。

左边是斯皮策望远镜的图像，这是一个带有85厘米镜子的天基红外天文台;右图是JWST中红外MIRI相机和6.5米镜子的相同视场。这里展示了探测更暗淡光源的分辨率和能力，数百个可见的星系在斯皮策图像的噪点中丢失了。这就是位于最深、最冷的黑暗中的更大镜子所能做到的。

3. 第一张星系团图像

SMACS 0723星系团 - 来自左侧的哈勃望远镜和右侧的JWST。在JWST的红外图像中可以看到数百个星系。图片来源：NASA/STSci

名称平淡无奇的SMACS J0723.3-7327星系团是JWST向公众发布的第一批彩色图像的不错选择。

这个领域挤满了各种形状和颜色的星系。这个拥有巨大总质量的星系团，距离我们超过40亿光年，以这样的方式弯曲空间，使得来自背景中遥远来源的光被拉伸和放大，这种效应被称为引力透镜。

这些扭曲的背景星系可以清楚地看到整个图像中的线条和弧线。在哈勃望远镜的图像（左）中，这个场已经很壮观，但JWST近红外图像（右）揭示了大量的额外细节，包括数百个遥远的星系，它们太暗或太红而无法被其前身探测到。

4. 斯蒂芬五重奏

哈勃（l）和JWST（r）被称为“斯蒂芬五重奏”的星系群的图像。插图显示了遥远背景星系的放大。图片来源：NASA/STScI

这些图像描绘了一组壮观的星系，称为斯蒂芬五重奏，这群星系长期以来一直受到研究碰撞星系之间引力相互作用方式的天文学家的兴趣。

左边是哈勃望远镜，右边是JWST中红外视图。插图显示了新望远镜的威力，放大了一个小背景星系。在哈勃图像中，我们看到了一些明亮的恒星形成区域，但只有JWST才能显示这个星系和周围星系的完整结构。

5. 创造之柱

“创造之柱”是我们银河系的一个恒星形成区域，由哈勃（左）和JWST（右）捕获。图片来源：美国宇航局、欧空局、CSA、STScI;Joseph DePasquale （STScI）， Anton M. Koekemoer （STScI）， Alyssa Pagan （STScI）

所谓的创造之柱是所有天文学中最著名的图像之一，由哈勃望远镜于1995年拍摄。它展示了天基望远镜的非凡范围。

它描绘了鹰状星云中的一个恒星形成区域，星际气体和尘埃为充满新恒星的恒星苗圃提供了背景。右边的图像是用JWST的近红外相机（NIRCam）拍摄的，展示了红外天文学的另一个优势：能够透过尘埃的笼罩，看到里面和后面的东西。

6. “沙漏”原星

这幅图像描绘了银河系内银河系创造的另一个行为。这个沙漏形的结构是一团尘埃和气体云，围绕着一颗恒星形成，一颗叫做L1527的原恒星。

只有在红外线中才能看到落入的物质“吸积盘”（中心的黑色带）最终将使原恒星聚集足够的质量开始融合氢，一颗新恒星将诞生。

与此同时，来自仍在形成的恒星的光线照亮了圆盘上方和下方的气体，形成了沙漏形状。我们之前对此的看法来自斯皮策;细节的数量再次是一个巨大的飞跃。

7. 木星红外视图

从JWST拍摄的木星红外视图。注意两极的极光;这是由来自太阳的带电粒子与木星磁场的相互作用引起的。图片来源：NASA/STScI

韦伯望远镜的任务包括从宇宙开始对最遥远的星系进行成像，但它也可以看起来离家更近一点。

虽然JWST不能看地球或太阳系内行星 - 因为它必须始终背对太阳 - 但它可以向外看太阳系更遥远的部分。这张木星的近红外图像就是一个很好的例子，因为我们深深地凝视着气态巨行星的云层和风暴的结构。北极和南极的极光令人难以忘怀。

由于木星相对于恒星在天空中的快速运动以及其快速旋转，因此很难实现此图像。这一成功证明了韦伯望远镜能够很好地跟踪困难的天文目标。

8.幻影星系

哈勃可见光（l），JWST红外（r）和“幻影星系”M74的组合（中）图像。将恒星的可见光信息与气体和尘埃的红外图像相结合的能力使我们能够以精致的细节探测这些星系。信用：欧空局/美国宇航局

这些所谓的幻影星系或M74的图像揭示了JWST的力量，不仅是最新和最伟大的天文仪器，而且是其他伟大工具的宝贵补充。中间面板结合了哈勃的可见光和韦伯的红外线，使我们能够看到星光（通过哈勃）和气体和尘埃（通过JWST）如何共同塑造这个非凡的星系。

许多JWST科学旨在与哈勃的光学视图和其他成像相结合，以利用这一原理。

9.超遥远的星系

从宇宙最早的时代之一“放大”一个星系，当时宇宙只有大约3亿年的历史（右面板中央可见的小红色光源）。这个距离的星系不可能在可见光下被探测到，因为它们发射的辐射已经被“红移”到红外线中。美国宇航局/STScI/C.雅各布斯

虽然这个星系 - 右图中的小红色斑点 - 并不是我们宇宙所能提供的最壮观的风景如画的星系之一，但它在科学上同样有趣。

这张快照来自宇宙只有3.5亿年的历史，使其成为有史以来最早形成的星系之一。了解这些星系如何在130亿年后生长和合并以产生像我们银河系这样的星系的细节是一个关键问题，也是一个仍然存在许多谜团的问题，使得这样的发现备受追捧。

这也是只有JWST才能达到的观点。天文学家不知道会发生什么;用哈勃望远镜拍摄的这个星系的图像看起来是空白的，因为星系的光被宇宙的膨胀远远地延伸到红外线中。

10. 阿贝尔的巨型马赛克 2744

星系团Abell 2744的图像由许多不同的JWST曝光组合而成。在天空的这一小部分（满月的一小部分），显示的数千个物体中几乎每一个都是遥远的星系。图片来源：Lukas Furtak（内盖夫本古里安大学）来自GLASS/UNCOVER团队的图片

这张图片（点击这里查看完整视图）是一个马赛克（许多单独的图像拼接在一起），以巨大的Abell 2744星系团为中心，俗称“潘多拉星团”。JWST 可以检测到的来源数量和种类之多令人难以置信;除了少数前景恒星外，每个光点都代表整个星系。

在一片不超过满月一小部分的黑暗天空中，有数以千计的星系，真正带回了我们居住的宇宙的绝对规模。专业和业余天文学家都可以花几个小时在这张图像上寻找奇怪和奥秘。

在接下来的几年里，JWST能够如此深入和遥远地回顾宇宙，这将使我们能够回答许多关于我们是如何形成的问题。同样令人兴奋的是我们还无法预见的发现和问题。当你揭开时间的面纱，只有这台新望远镜才能揭开时间的面纱时，这些未知的未知数肯定会令人着迷。