詹姆斯韦伯太空望远镜探测到的天体（韦伯太空望远镜：如何看清135亿年前的宇宙“开天辟地”）

本文目录

• 韦伯太空望远镜：如何看清135亿年前的宇宙“开天辟地”
• 詹姆斯·韦伯太空望远镜抵达最终目的地
• 詹姆斯韦伯太空望远镜，将研究银河系的超大质量黑洞
• “一代鸽王”詹姆斯韦伯太空望远镜，最强的太空望远镜
• 詹姆斯·韦伯宇宙望远镜是如何观测到“银河风”发现宇宙诞生
• 韦伯望远镜帮助人类解开早期宇宙的秘密
• 詹姆斯·韦伯宇宙望远镜开始进行“下一个恒星间天体”的观测
• 詹姆斯·韦伯太空望远镜，说不定能观测到下一个恒星间的天体

韦伯太空望远镜：如何看清135亿年前的宇宙“开天辟地”

万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜（The James Webb Space Telescope ，JWST）将在12月18日发射升空，科学界对它可能发现的宇宙奥秘兴奋不已。 这一超级太空天文望远镜是设计用来更深入 探索 宇宙，将能大大提高人类对大**后宇宙形成最早星系的了解和认知。最乐观的期待是，韦伯太空望远镜将能探测到135亿年前宇宙最早形成时第一批星系发出的光亮。 美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心（Nasa’s Goddard Space Flight Center）的天体物理学家安珀·尼科尔·斯特劳恩博士（Dr Amber Nicole Straughn）是本次韦伯望远镜工程的副总科学家。她说：“这样一个大规模、异想天开又雄心勃勃的望远镜最令人激动的前景正是这样一种理念：会出现一些我们都从没想过要问的问题。”“对我来说，这个望远镜最令人兴奋期待的前景，就是人类将了解到的宇宙知识会完全出乎我们的意料。” 那么，韦伯望远镜究竟如何 探索 太空？我们什么时候能够通过这个超级望远镜看到宇宙之初的最早星系？ 像打开折纸 韦伯望远镜将使用的望远镜直径为6.5米，将是有史以来送入太空最大的。事实上，正因为它直径很大，所以在太空中打开需要两周时间，就像把做好的折纸一步步还原。韦伯太空望远镜是美国、欧洲和加拿大航天部门的合资项目，总耗资100亿美元。 将由欧洲亚利安5号火箭从法属圭亚那发射进入太空。火箭升空约30分钟后，韦伯太空望远镜将与火箭脱离。它要顺利按照原定计划运行，必须在至少344个关键时刻完成预先设定的动作。韦伯望远镜要抵达距离地球150万公里的预设观测点，还需在太空中行驶30天。 什么时候投入使用？ 据斯特劳恩博士介绍，韦伯望远镜完全投入使用让我们看到它拍摄的第一批图象，将需要六个月的时间。“我们把望远镜送到太空后，它必须完成复杂的伸展打开程序。然后还需要几个月的时间让望远镜变冷，把镜子调好，然后才能把仪器逐个打开。”“所以，我们要等到北半球的2022年夏天才能收到第一批图象。” 哈勃太空望远镜（Hubble Space Telescope）于1990年4月发射，是一代有开创性的太空望远镜。过去30年中， 哈勃太空望远镜为我们提供了最重要的宇宙图像，如著名的创生之柱（Pillar of Creati***）和被称为哈勃超深空（Hubble Ultra Deep Field）的近万个星系的图像。这些图像都加深了我们对大**（Big Bang）以来宇宙变化的认识，甚至改变了我们对宇宙的思考方式。 哈勃与韦伯的主要不同： 哈勃设计目的是收集可见光和紫外光，只有有限的红外光能力。韦伯望远镜收集红外光（IR）；哈勃望远镜直径 2.4 米，韦伯望远镜直径 6.5 米，有更大的集光区，也就意谓着韦伯可以比哈勃看得更深更远更早；哈勃在非常接近地球的轨道上运行，而韦伯将在150万公里之外。这是地球离月球距离的四倍。 欧洲航天局的安东内拉·诺塔博士（Dr. Antonella Nota） 说：“韦伯的能力是建立在哈勃31年辉煌 历史 基础之上。”“哈勃虽然只是一个主镜直径2.4米的相对较小的望远镜，但它已经将可观测宇宙的视点一直纵深到距大**几亿年前。”“韦伯的敏感度增加了100倍，它的视点纵深度将进一步向前，将能够看到大**后第一批星系的样子。”韦伯望远镜将看到什么？ 根据美国国家航空航天局（NASA）的说法，韦伯更长的波长将能够更接近时间的起点，并寻找未被人类观察到的第一批星系的样子。韦伯望远镜还将能够观察目前正在形成恒星和行星系统的尘埃云内部。 斯特劳恩博士说，科学家们已经制定了韦伯望远镜第一年的观测计划，“并不局限在天体物理学的范围”。她说：“观测计划包括我们太阳系中的行星，也包括寻找135亿年前诞生的第一批星系， 就是从起点到现在时间*和空间内的所有一切。”这个由近万个星系构成的图像被称为哈勃超深空（the Hubble Ultra Deep Field），由哈勃太空望远镜在环绕地球400圈后积累影像数据而成。因为韦伯能够穿透并看到行星大气中的分子，还可以帮助我们搜索其他行星上的生命迹象。 斯特劳恩博士说：“当然我们不能保证会找到生命的迹象。但我们可以毫不夸张地说，韦伯望远镜绝对是我们在银河系寻找宜居行星迈出的巨大一步。”她说：“这台望远镜的意义非常大，尤其是扩大了我们对宇宙的认识，加强了我们与周围其他事物的联系。”“当我们抬头看星星时，当我们仰望夜空时，能感受到这种彼此联系。我们不是一个微不足道，独自存在的小生命。”“实际上，我们人类是从数十亿年前一颗星球**剩余的残存物中诞生的。”“我们与宇宙有千丝万缕的联系。我认为退后一步从更大的角度来看待生命，无论何时何地这都极为重要。”

詹姆斯·韦伯太空望远镜抵达最终目的地

NASA表示，詹姆斯·韦伯空间望远镜已经到达了距离我们约100万英里（150万公里）的轨道目的地，这是其研究宇宙 历史 的关键里程碑， 我们将在今年夏天收到它拍摄的第一张宇宙图像。

韦伯望远镜在太空的常驻地

韦伯望远镜抵达的第二拉格朗日点远远超过月球轨道，总是在我们星球的一侧，不面向太阳， 它的遮阳板可以保护它阻挡太阳、地球和月球的热量，以维持望远镜观测所需的冰冷温度。

在这个引力平衡点上，韦伯望远镜可以最大化节约其燃料使用，同时对宇宙也有一个极好的视野。

我们正在做的一切都是为了迎接变革性的宇宙科学，从 探索 系外行星大气层到研究天空中最黑暗的部分，甚至是寻找超过135亿年前形成的第一代星系的遗迹，每一项都令人心神向往，让我们就这样静静等待，等待韦伯为我们打开一扇 探索 宇宙的未来之窗！

詹姆斯韦伯太空望远镜，将研究银河系的超大质量黑洞

黑洞是宇宙最为神秘的天体，在我们生活的银河系内部，存在着大量黑洞，而银河系内部的超大质量黑洞，是非常具有挑战性的天体。 科学家普遍认为超大质量黑洞的形成，是在宇宙诞生之初，物质能量较为密集时，直接诞生出超大质量黑洞，因此超大质量黑洞有可能隐藏着宇宙起源的答案。 虽然黑洞对于天文 探索 非常重要，但是黑洞的观测却非常困难，2019年，科学家首次拍到黑洞的照片，黑洞也成为宇宙中确切存在的天体。詹姆斯韦伯太空望远镜成功发射后，银河系内部的超大质量黑洞，也是望远镜的观测目标之一。 科学家拍摄的首张黑洞照片，来自M87*，詹姆斯韦伯太空望远镜的目标则是人马座A*。 从距离上看，人马座A*距离地球更近，但是观测难度却远远大于M87*，人马座A*作为距离地球最近的超大质量黑洞，也是一个射电波源。 每隔一个小时左右，人马座A*就会出现神秘的闪烁耀斑，这让人马座A*的观测难度非常大，依靠普通的射电望远镜，很难对人马座A*进行成像，因此科学家拍摄的首张黑洞照片，选择的观测目标为M97*。 M87*是一个稳定的超大质量黑洞，拍摄黑洞的成像过程会更加顺利。 詹姆斯韦伯太空望远镜，将利用自身的红外成像设备，对黑洞区域进行红外成像，从而获得人马座A*射电波的相关数据。 得到人马座A*的基础数据后，詹姆斯韦伯太空望远镜就会配合地面控制台，尝试对人马座A*进行成像。 由于黑洞的成像过程非常复杂，在成像过程中，需要借助地面网络数据对图像进行处理、重叠，才能得到更加清晰的图像。 目前望远镜虽然已经进入预定位置，并完成镜片、遮阳板的展开，但望远镜还需要6-7个月的镜片校准调试，才能开始正常观测。 黑洞是宇宙至关重要的一部分，涉及到宇宙的运作规律，1971年科学家发现了第一个黑洞，2019年科学家拍摄到第一个黑洞，黑洞的 探索 ，证明了爱因斯坦的黑洞预测理论，但是黑洞依旧充满了谜团。 詹姆斯韦伯太空望远镜通过独特的视角观察银河系内部的超大质量黑洞，或许可以帮助我们看到黑洞与众不同的一面。

“一代鸽王”詹姆斯韦伯太空望远镜，最强的太空望远镜

我想你一定听过哈勃太间望远镜，之前我们还专门出过关于它的解说。哈勃让我们看到了许多令人震惊的宇宙画面，也帮助天文学家们解决了很多问题。给我们的天文学做了很多贡献。 可惜的是，哈勃已经老化太严重了，他已经服役了31个年头了，现在基本已经报废了。好在我们知道它有个被称为史上最强的太空望远镜的继任者，詹姆斯韦伯太空望远镜。不过，不好的是它太能鸽了。从最初2007年发射推到2014年，又到2017年，而后几乎每年都能听到它推迟发射的消息，现在终于敲定于2021年10月31日发射入太空。 那么，詹姆斯韦伯太空望远镜为什么会如此一波三折？要想知道这个我们先来了解一下这个宏大的工程。 詹姆斯韦伯太空望远镜是美国航空航天局、欧洲航天局和加拿大航空航天局联合研发的红外线观测用太空望远镜，为哈勃空间望远镜的继任者。其质量为6.2吨，约为哈勃空间望远镜的一半。拥有一个直径6.5米，分割成18面镜片的由铍制成主反射镜，面积为哈勃太空望远镜的5倍以上。可以探测距离超过130亿光年的天体。 据悉，詹姆斯韦伯太空望远镜的主要的任务是调查作为大**理论的残余红外线证据，即观测现可见宇宙的初期状态。为达成此目的，它配备了高敏度红外线传感器、光谱器等。为便于观测，机体要能承受极限低温，也要避开太阳和地球的光线干扰等等。为此，詹姆斯韦伯太空望远镜附带了可折叠的遮光板，以屏蔽会成为干扰的光源。因其处于拉格朗日点，地球和太阳在望远镜的视界总处于一样的相对位置，不用频繁的修正位置也能让遮光板确实的发挥功效。 同时，也正和哈勃太空望远镜不一样的是，詹姆斯韦伯太空望远镜因为运行在太阳与地球间的第二拉格朗日点，距地球将近150万公里远，一旦出现故障将无法派宇航员进行维修保养，所以它的设计制造必须完美无缺，否则一旦出问题整个工程将功亏一篑！也正因为系统集成测试中会不断发现新问题，所以一旦测试遇到困难，就会导致发射推迟。不断的测试，修复，再测试，修复如此反反复复，这也正是詹姆斯韦伯太空望远镜不断放鸽子的主要原因了。 至今，詹姆斯韦伯太空望远镜整个项目已经耗费了100亿美元，也难怪NASA会如此小心谨慎防止它出现问题，一旦出错将会血本无归，但它要是成功了必将解开宇宙中很多迷题。 哈勃太空望远镜已经是一个奇迹，我们也希望它的继任者能够创造更大的奇迹。你觉得它能够成功吗？

詹姆斯·韦伯宇宙望远镜是如何观测到“银河风”发现宇宙诞生

将于2021年下半年发射的NASA新一代太空望远镜詹姆斯·韦伯太空望远镜(James Webb Space Telescope)将成为迄今为止留下丰功伟绩的哈勃太空望远镜的后继望远镜。 拥有直径6.5米的主镜，对暗光具有极高的灵敏度和出色的空间分辨率，适合观测遥远宇宙的红外线。顺便说一下，哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4m。詹姆斯·韦伯太空望远镜将利用这一卓越的性能，挑战解开有关第一颗恒星和银河的形成、宇宙的再电离等的早期宇宙之谜! 詹姆斯·韦伯太空望远镜一发射升空，就会对诞生至今还不到8亿年的宇宙中存在的6个类星体(活动星系核)进行详细观测。为什么说是类星体呢?因为类星体非常明亮。 诞生不到8亿年的宇宙，因为距离非常遥远，所以非常暗，但是类星体比它所在的星系的所有星光都要亮。詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到的早期宇宙非常遥远和黑暗。因此要利用这个非常明亮的类星体。 来自这些类星体的光在宇宙再电离的时代通过银河之间的中性氢气体。因此，通过使用成像光谱（imaging spectroscopy）分析该这样的光，可以获得关于银河间中性氢气体的电离状况，以及它是如何进行的等宇宙再电离的很多信息。 并且，此时进行的观测之一，是从类星体向该类星体所在的银河吹来的风，银河风的观测。 据认为，银河系中心有一个超大质量黑洞，其质量是太阳质量的数百万到数十亿倍，在旋转的同时，会被这个超大质量黑洞吞噬。这个漩涡被称为吸积盘。 在吸积盘中，被超大质量黑洞吞噬的物质之间的摩擦会产生大量的热量，因此物质变成等离子体并以X射线和紫外线等各种光（电磁波）强烈发光。这就是类星体的真实身份。科学家 从一些星系中观察到的类似喷泉的气体流出。 这些流出物是由恒星的生命和死亡驱动的，特别是恒星风和超新星**，它们共同引起了一种被称为“银河风”的现象。 然后，在这种类星体发出的强烈光的作用下，它周围的气体会被吹走。这就是银河风。其“风速”在300km/s到3000km/s左右。 星系中含有的星际气体是形成恒星的材料。但是，银河风非常有效地将这种星际气体吹走了。因此，银河风不仅会减少那个银河的星星的形成，有时甚至会停止那个银河的星星的形成。 随着恒星活动将气体排入星系际空间，星系将失去宝贵的原材料来制造新的恒星。 另外，银河风不仅把气体、尘埃、各种元素等带到整个银河，还把它们带到银河之外。像这样，星系风对星系的进化和星系间物质的形成有很大的影响。 然而，在这个过程中发挥作用的物理和力量仍然是一个谜。 为了更好地了解银河风如何影响星系中的恒星形成， 加拿大国家研究组织（NRC）赫茨伯格天文学和天体物理学中心的威洛特说：“我想用詹姆斯·韦伯太空望远镜观察它们。以便让我们看到类星体如何对它们所在的星系产生最大的影响。” 这些类星体发出的光在宇宙再电离时代穿过银河之间的中性氢气。所以光成像光谱法(imaging spectroscopy),使用分析,星系之间的中性氢气体的电离化的状况,以及它是如何进行的,等宇宙再电离问题可以得到更多的信息。

韦伯望远镜帮助人类解开早期宇宙的秘密

类星体是非常明亮、遥远且活跃的超大质量黑洞，其质量是太阳的数百万到数十亿倍。它们通常位于星系的中心，以下落的物质为食，并释放出梦幻般的辐射洪流。在宇宙中最亮的物体中，类星体的光比其宿主星系中所有恒星的总和还要亮，它的喷流和风塑造了它所在的星系。

科学家将在六个最遥远和最明亮的类星体上利用美国宇航局的詹姆斯韦伯太空望远镜观察。他们将研究这些类星体及其宿主 星系的特性 ，以及它们在早期宇宙星系演化的第一阶段是如何相互关联的。

韦伯：探访年轻的宇宙

当韦伯深入宇宙探测时，他实际上会回顾宇宙的过去。我们将看到很久以前的事物，而不是今天的样子。

“我们正在研究的所有这些类星体都存在于很早的时候，当时宇宙的年龄还不到 8 亿年，或者说不到当前年龄的 6%。因此，这些观测使我们有机会研究星系演化和超大质量黑洞的形成和演化在这些非常早期的时候。

这些非常遥远的物体发出的光因空间的膨胀而被拉伸。这被称为宇宙学红移。光传播得越远，红移越多。事实上，早期宇宙发出的可见光被拉伸得如此剧烈，以至于当它到达我们身边时，它被转移到红外线中。凭借其红外调谐仪器套件，Webb 非常适合研究这种光。

研究类星体、它们的宿主星系和环境，以及它们强大的外流能力

该团队研究的类星体不仅属于宇宙中最遥远的类星体，而且属于最亮的类星体。这些类星体通常具有最高的黑洞质量，而且它们的吸积率也最高——物质落入黑洞的速度。

“我们对观察最明亮的类星体很感兴趣，因为它们在核心产生的大量能量应该会通过类星体流出和加热等机制对 宿主星系 产生最大的影响，我们想在这些类星体对其宿主星系产生最大影响的那一刻观察它们。”

当物质被超大质量黑洞吸积时，会释放出大量的能量。这种能量加热并向外推动周围的气体，产生强烈的外流，像海啸一样撕裂星际空间，对宿主星系造成严重破坏。

外流在星系演化中起着重要作用。气体为恒星的形成提供燃料，因此当气体因外流而被移除时，恒星形成率会降低。在某些情况下，外流是如此强大并排出如此大量的气体，以至于它们可以完全阻止宿主星系内的恒星形成。科学家们还认为，外流是气体、尘埃和元素在星系内远距离重新分布的主要机制，甚至可以被排放到星系之间的空间——星系间介质。这可能会引起宿主星系和星际介质的性质发生根本变化。

在再电离时代检查星际空间的特性

130亿多年前，当宇宙还很年轻的时候，视野还很不清晰。星系之间的中性气体使宇宙对某些类型的光不透明。数亿年来，星际介质中的中性气体带电或电离，使其对紫外线透明。这个时期被称为再电离时代。

但是是什么导致了重新电离，从而创造了今天在大部分宇宙中检测到的“清晰”条件？韦伯将深入太空，以收集有关宇宙 历史 上这一重大转变的更多信息。这些观测将帮助我们了解再电离时代，这是天体物理学的关键前沿领域之一。

该团队将使用类星体作为背景光源来研究我们与类星体之间的气体。这种气体会吸收类星体特定波长的光。通过一种称为成像光谱的技术，他们将在中间气体中寻找吸收线。类星体越亮，光谱中的吸收线特征就越强。通过确定气体是中性还是电离，科学家们将了解宇宙的中性程度以及在特定时间点发生了多少这种电离过程。如果你想研究宇宙，你需要非常明亮的背景源。类星体是遥远宇宙中的完美天体，因为它足够发光，我们可以很好地看到它。

该团队将使用 NIRSpec 分析来自类星体的光，以寻找天文学家所说的“金属”，即比氢和氦重的元素。这些元素是在第一批恒星和第一批星系中形成的，并被外流排出。气体从它原来所在的星系中移出并进入星系际介质。该团队计划测量这些第一批“金属”的产生，以及它们被这些早期流出物推入星际介质的方式。

韦伯的力量

Webb 是一种极其灵敏的望远镜，能够探测到非常低的光。这很重要，因为尽管 类星体 本质上非常明亮，但该团队将要观察的 类星体 是 宇宙中 最遥远的天体之一。事实上，它们是如此遥远，以至于韦伯将接收到的信号非常非常低。只有凭借韦伯精湛的敏感性，才能完成这项科学。韦伯还提供了出色的角分辨率，可以将类星体的光与其宿主星系分开。

詹姆斯·韦伯宇宙望远镜开始进行“下一个恒星间天体”的观测

NASA于2月16日宣布，NASA的下一代詹姆斯·韦伯宇宙望远镜将进行下一个恒星间天体的观测。 詹姆斯・韦伯宇宙望远镜是用来取代哈勃宇宙望远镜的，拥有直径6.5m的主镜，对暗光的高度敏感度和有优秀的空间分辨率，观测红外线。哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4m。 詹姆斯·韦伯宇宙望远镜到达了围绕作为观测地点的“太阳和地球的拉格朗日点之一‘L2’的轨道（Hello轨道）”，正在积极调整。到目前为止，只有2个恒星间天体被发现。他们是2017年发现的欧姆阿姆亚和2018年发现的玻利索彗星。 天文学家们总是在寻找下一个星际天体。但即使找到，也要通过望远镜观测轨道等，据说需要几天到几个月的时间。 确认为恒星间天体后，就会轮到詹姆斯·韦伯宇宙望远镜出场了。当恒星间天体的轨道进入詹姆斯·韦伯宇宙望远镜的视野时，它就会用近红外线和中红外线这两个红外线的波长进行观测。 近红外线用于观测天体受太阳照射蒸发而产生的气体的化学组成。同时，中红外线的光谱观测，调查表面被吹起来的尘埃和砂，砾等的化学的组成。顺便说一下，近红外线的光谱观测是NIRSpec（Near-Infrred Spectrograph），中红外线的光谱观测是被称为MIRI（Mid-Infrared Instrumment）的观测装置。 率领调查小组的马丁·科尔巴特先生说：“（根据以优异性能著称的詹姆斯·韦伯宇宙望远镜的观测）我们调查了恒星间天体的化学组成，可以得到关于恒星间天体是从哪里来的、它是如何产生的等等”。

詹姆斯·韦伯太空望远镜，说不定能观测到下一个恒星间的天体

现在，詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)正在为首次观测做准备，研究人员似乎也期待着观测通过太阳系的天体的机会。

开发成本为100亿美元的 JWST 是一架用于红外线观测的太空望远镜，它将研究宇宙 历史 的所有阶段。通过观测星系的进化、恒星的摇篮和系外行星，我们可以追溯到距离宇宙诞生很近的135亿年前。此外，还会观测突然出现在附近的来自远方的天体。

韦伯太空望远镜的主镜直径为6.5m，由18个六边形部分组成。在各个区段反射的光被集中在长支柱前端的一个副镜，从那里被传送到NIRCam等观测仪器。

北亚利桑那大学 的行星科学家 斯蒂娜·托马斯（Cristina Thomas） 在NASA的发表中说:“如果是在 韦伯太空望远镜 的话，可以进行具有极低等级和亮度的令人感兴趣的科学。”，“到目前为止，我们还无法用这一区域的红外线观测到恒星间的天体。(红外线观测)对于我们感兴趣的各种组成特征，将创造出很多机会。”

到目前为止，人类已经观测到了2017年的 奥陌陌（Oumuamua） 和2019年的 鲍里索夫 这两个星际天体。据推测， 鲍里索夫 的彗核距离地球3200英尺(约1千米)，以时速11万英里(约17万千米)的速度飞走。同时围绕着“ 奥陌陌 ”的分类，因其像雪茄一样的形状而引起了争论。甚至有人提出这是外星人的宇宙飞船。

作为结论，最有可能的是去年刊登在 《地球物理研究杂志》 上的一篇论文，该论文认为这是近5亿年前从遥远的恒星系统中弹出的系外行星的一部分。

但是， 鲍里索夫 和 奥陌陌 出现后又离开了，因此NASA的研究人员对 JWST 将如何观测未来的太阳系来访者充满了期待。

NASA 戈达德太空飞行中心 的天体物理学家 Martin Cordiner 在发布会上说：“韦伯最优秀的精度和力量给了我们一个前所未有的机会来研究这些星际物体的化学成分，并更多地了解它们的性质。星际物体从何而来？它是如何诞生的，还有每个天体故乡的星系的状况等等”。

如果又有其他的星际天体出现，研究人员就可以使用 JWST 的光谱学仪器来研究气体和尘埃的化学组成。如果知道了天体的化学组成，就有可能知道关于它的故乡星系的一些信息。

但是，这样的观测必须有星际天体的存在。 JWST 还需要花几个月做正式观测前的准备，所以，在准备期间最好是不要出现这样的星际天体。本月进行着镜子的位置对准，因为要想让主镜发挥“一面镜子”的作用，就必须精确地对准各部分的位置。现在主镜段的位置还没有对准，就像上面的图像一样，1颗星星的影像分成了18个。并且，该望远镜不久前才检测到了光。NASA的计划是今年6月开始实行正式观测。