宇宙大爆炸后一瞬首次清晰拍到！造价百亿美元的韦布望远镜，发布130亿年前的太空图景

白交 2022-07-12 14:14:44 来源：量子位

杨净 丰色 发自 凹非寺

量子位 | 公众号 QbitAI

二十多年的努力，斥资100亿美元的史上最强太空望远镜——

詹姆斯·韦布（James Webb），刚刚公布了迄今为止宇宙最深处的照片。

这是韦布的开始——发布的首张全彩图像，也是人类窥视宇宙大爆炸的开始。

拍摄的这个星系团SMACS 0723，距离地球46亿光年，其大小相当于将你指尖的一粒沙放在一臂远的地方，所能覆盖的天空。

据NASA局长Bill Nelson透露， 仅在这张照片就有成千上万个星系，其中一些星系发出的光经过了130亿年才到达望远镜的镜面。

要知道，宇宙大爆炸也才距今138亿年左右。据《科学美国人》形容，现在看到的光，只不过是当时大爆炸之后的一瞬。

天文学家预计，韦布将填补我们已知历史中的一个神秘空白宇宙——大爆炸后的第一个4亿年，并将确定可能存在外星生命的遥远世界。

有网友感叹：人类从未如此遥远、如此清晰地看到宇宙深处。

除此之外，还有人感受到了人类之渺小，宇宙之浩瀚。

而作为哈勃望远镜的继任者，自然就少不了他们两者的对比。

有网友贴心地做了动图，感叹：这100亿美元没白花。

这种清晰度是如何做到的？

事实上，这个星系团此前就已经被太空望远镜拍过。只不过韦布望远镜达到了惊人的清晰度，以及透露了这块区域的更多细节。

而实现的这种精度，是此前哈勃太空望远镜远远不能达到的。若是更具象一点，据多个媒体报道，强大了一百倍。

核心功臣，是比哈勃大六倍的主镜。

它有18片六边形镜片组成，每块约重20公斤。

其口径约6.5米（哈勃约2.4米），面积可达25.4平方米。

集光区域更大，也就意味着更遥远星系的光被接受进来。

加之镜片是由高纯度的金属铍制成，这样就可以做到表面几乎做到绝对光滑。

其次，就是观测波段不同。

韦布集中在红外波段观察宇宙，哈勃则主要观测的是紫外光和可见光。

对于最初形成的恒星和行星，他们往往会隐藏在吸收可见光的尘埃云后面。但这些区域发出红外光却能穿透这层笼罩，揭示其内部信息。

因此红外光波对观察宇宙深处非常重要。

最早的恒星和星系发出的光在穿越深空时伸展开来，当它到达地球时，光线已经延伸到光谱的红外线部分。

而为了更好地接受红外光波，韦布镜片上涂满了金色。

再者，就是轨道不同。韦布是在第二拉格朗日点L2，即距离地球150万公里处绕太阳运行；哈勃则是绕地球运行。

选这个点是因为它受到地球和太阳引力之和刚刚好，能让望远镜和地球同步绕太阳公转；还能始终保持太阳、地球、月球在望远镜的同一侧，从而屏蔽这些热源的干扰。

除了“如何做到如此清晰”之外，网友们还有几点疑虑。

比如，出现了一些弯曲的天体。

NASA官方也给出了解释，简单来说就是引力透镜效应。

虽然这种图显示的是一片天空，但实际上有远近不同的巨大星系。大质量物体（星系团）的引力来放大或弯曲较小物体（星系、恒星或系外行星）的微弱光。

还有照片上出现了六角星芒，中间还横着了一个杠。

这是因为韦布是个反射望远镜。六角衍射星芒正是因为由于主镜六边形镜片边缘引起的，而横着那一道则是来自于副镜支架。

换言之，这可以说算是是韦布拍摄的特有标识。

另外，还有一个此次工作人员强调“嘚瑟”的点。

那就是这张图是由不同波长的图像合成的，仅用时12.5个小时。要是用哈勃太空望远镜来拍摄，则可能想需要数周的时间，而且还没有那么多细节。

如今这样的表现，背后却是一段“一鸽再鸽”的辛酸史。

造价100亿的韦布望远镜

事实上从诞生之日起，韦布的目标就是向宇宙深处迈进——

“回溯”到宇宙大爆炸早期，寻找大爆炸后在宇宙中形成的第一批恒星和星系的光。

它是迄今建造的最大、功能最强的空间望远镜。

由美国国家航空航天局（NASA）、欧洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）的国际合作项目，由美国29个州及14个国家的300多所大学、研究机构以及相关公司的数千名工程师和数百名科学家共同完成。

有意思的是，韦布的历史，号称“一代鸽王”。

早在哈勃升空（1990年）的前一年，就有科学家提出要建一个可以观察中红外光谱区域的空间望远镜。

它的名字在2002年敲定，为了纪念NASA第二任局长和阿波罗计划的主要发起者——詹姆斯·韦布。

原计划耗费5亿美元并于2007年发射升空。但由于各种原因，导致项目严重超支，发射时间数次推迟。

2004年，它的设计图经过多次修改基本完成，一些零件开始制造。

其发射日期最初预计是2007~2011年，但因经费爆炸（最开始设置的红线为80亿美元）和技术问题曾推迟到2014年，后又一度推到2018、2019年。

终于在去年12月，经过十年多的等待，“鸽王”完成了最终测试，起飞了。

当然，本来预计22号飞，但由于天气原因又“鸽”了3天。

（我和我最后的倔强.jpg）

在耗时30天、航行了146万公里并在路上完成“睁眼”（镜面完全展开）后，“鸽王”韦布于今年1月底到达了“栖息地”：日地第二拉格朗日点L2。

至此，这个耗资100亿美元、被网友戏称为“外星偷窥设备”的家伙正式开始服役。

经过几个月的镜片对齐、校准，以及设备调试，韦布如约在这个夏天传回来了它的第一张照片，证明了自己的“厉害”、以及“确实好使”。

它的使命，具体来说是帮助科学家回答以下七大宇宙谜题：

1、宇宙中第一颗恒星什么时候、在哪里形成？

2、超大质量黑洞的起源是什么？

3、暗物质是冷的吗？

4、大质量恒星如何爆炸成超新星？

5、像地球这样的行星上的水是从哪里来的？

6、最有希望的系外行星可以孕育生命吗？

7、 宇宙膨胀率是否打破了目前的宇宙学模型？

按照计划，韦布将运行10年，不过NASA表示，其实完全可以支撑20年。

值得一提的是，由于韦布离地球实在太远，并不能像哈勃那样派人去修，只能派机器人去补充燃料。

ps. 哈勃已经运行了32年，曾发生过多次死机，最近的一次是去年，现在仍在服役。

今晚十点半，还有4张照片要放出

毋庸置疑，韦布的这张照片是我们人类迄今为止看到的最遥远、最清晰的宇宙成像。

它集成了众多科学家们二十多年来集体努力的结晶。

有网友表示，“原图值得慢慢欣赏”、“我只想静静地说一句‘好美’”……

还有人发出这样的感叹：

如此广袤深邃的宇宙，如果不存在外地文明实在可惜。

不过，正如一些航天爱好者所说，这张照片只是一道开胃菜。

就像哈勃望远镜帮我们破解暗物质等众多宇宙之谜一样，韦布也将带我们再次一窥隐秘的太空，使我们能够对它进行更加深入的观察，发现一些更加难以置信的东西，不断打破人类已有的宇宙认知。

最后的最后，提醒大家：北京时间今晚10点半，NASA还会公布韦布拍的剩下4张照片，包含船底座星云、系外巨行星WASP-96 b，南环状星云NGC3132和斯蒂芬五重星系。

感兴趣的朋友不要错过。

参考链接：
[1]https://twitter.com/thechosenone823/status/1546621736648675328
[2]https://www.nasa.gov/webbfirstimages
[3]https://www.jwst.nasa.gov/content/about/comparisonWebbVsHubble.html

[4]https://www.theverge.com/2022/7/11/23202949/nasa-jwst-first-image-joe-biden-universe-deep-field
[5]https://www.scientificamerican.com/video/see-the-oldest-view-of-our-known-universe-just-revealed-by-the-james-webb-space-telescope/