詹姆斯·韦伯太空望远镜改变了我们看待太空的方式

(SeaPRwire) –   第四个周年纪念日通常不是值得庆祝的时刻。但对于詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）来说，它于2021年12月25日发射，这个周年纪念日标志着一个重要的转变。

到目前为止，JWST一直处于发现模式。它耗资，是历史上最强大的望远镜，能够以前所未有的距离和细节进行观测。

但与任何重大的新科学仪器一样，天文学家需要看到JWST的实际运作，才能回答未来几十年将驱动研究的基本问题：我们能看到多少宇宙？

JWST建立在哈勃太空望远镜自1990年发射以来的进展之上。哈勃主要通过可见光光谱区域观测太空——这是我们眼睛进化的部分。然而，JWST主要在红外线观测，这使其能够穿透宇宙尘埃，观测更冷的物体，并窥视早期宇宙。

由于光速是有限的，观测越来越远的物体意味着看到越来越远的过去。而且，由于宇宙的膨胀——空间本身的膨胀——已经将最遥远物体的可见光拉伸成红外线，JWST可以搜寻大爆炸后约1亿年的第一缕光。

四个前沿

哈勃太空望远镜的同名天文学家埃德温·哈勃在1936年写道，“天文学的历史是不断后退的地平线的历史。”美国国家航空航天局（NASA），在欧洲空间局（European Space Agency）和加拿大航天局（Canadian Space Agency）的协助下，已经确定了四个这样的地平线，即他们设计JWST要跨越的前沿。

第一个是伽利略在17世纪初跨越的地平线，当时他将一个原始的透镜管（我们现在称之为望远镜）指向夜空，并跨越了连接陆地和天体的古老、此前无法逾越的鸿沟。在发现地球绕太阳运行而非相反的证据时，伽利略含蓄地将地球重新定位为行星系统中的一个普通成员。

现在，得益于JWST，太阳系的深层历史正变得清晰起来。通过研究海王星之外的许多冰冷天体的表面化学成分，JWST研究人员可以追溯整个太阳系的出现和演化。与此同时，在小行星带（木星和火星轨道之间的一带“碎片”）中发现水，这增加了彗星可能不是唯一为地球原始大气层播下生命必需品的物体的可能性。

但我们的太阳只是一颗恒星。在太阳系的地平线之外，是我们的银河系中数千亿颗其他恒星，其中许多都拥有行星系统。天文学家正在利用JWST对处于不同发展阶段的系统进行采样——从最初聚集将最终凝聚成轨道物体盘的气体和尘埃的原始“原恒星”，到像我们自己的行星系统一样完全成熟的行星系统。或者，与我们自己的系统不同。

JWST在一个又一个行星系统中发现了我们自己的系统所没有的一种行星。我们的系统历史上被分为两类：气态巨行星（木星、土星、天王星、海王星）和微小的岩石行星（水星、金星、地球、火星）。但得益于JWST，我们现在知道其他行星系统包括天文学家称之为迷你海王星（围绕岩石核心的气体）或超级地球（可能是一个曾经的迷你海王星，已经脱落了大气层）的变体。

但我们的银河系只是一个星系。在那个地平线之外——正如天文学家哈勃本人在20世纪20年代发现的那样——还有其他星系。与银河系中的行星系统一样，天文学家也正在利用JWST对宇宙中处于不同发展阶段的星系进行采样，从气体云，到气体云的碰撞，到恒星的诞生，到恒星的死亡。其中一些死亡——爆炸的恒星，或超新星——可能有助于解释一个困扰天文学家半个世纪的问题：宇宙似乎比天文学家所能解释的含有更多的尘埃，但这些尘埃必须来自某个地方。超新星可能是那个来源吗？初步研究很有希望。

超新星本身为宇宙的演化提供了另一个线索。自20世纪50年代以来，科学家们就知道，连续几代超新星，由于热核力撕裂和重组物质的基本构成要素，会产生越来越重的元素。从一开始，JWST的最终目标就是找到第一个“原始”星系，除了氢和氦之外，不含任何元素。为了做到这一点，JWST必须跨越可见光哈勃太空望远镜本身无法跨越的地平线：大爆炸后约10亿年的截止点。

到目前为止，JWST已经能够观测到大爆炸后3亿年内的星系、超新星和黑洞。虽然这可能看起来是一段很长的时间，但在一个137亿岁的宇宙中，这只是短暂的一瞬。

JWST的研究人员才刚刚开始。他们预计JWST项目将持续到2040年代。还有很多周年纪念日。我们应该希望它们都能像这次一样值得庆祝。