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新的革命，新的启程，韦伯！
这是一位艺术家对詹姆斯·韦伯太空望远镜的描绘。 （图片来源:ESA/ATG medialab） 1。让我们 看向更远的过去 2。究竟 是什么照亮了宇宙 3。测量系外行星大气 4。寻找生命的线索 5。宇宙化学和星系演化 6。JWST太阳系的研究 7。恒星是如何形成的呢 8。太空望远镜建造有史以来最雄心勃勃、最昂贵的太空望远镜，向地球远离太阳一侧的L2拉格朗日点发射，已经一年了！ 耗资100亿美元的詹姆斯·韦伯太空望远镜（韦伯或JWST），自夏天以来就一直在大量提供惊人的天文数据，它的镜子和遮阳板成功导航344个潜在故障点。 观测不到6个月，就有了变革性数据，科学家们已经利用这些数据做出了几个重要的突破性发现。 在发射前，JWST就被誉为“革命性”的望远镜，现在也已经开始运作了，我们来看看它已经成功地改变了天文学的许多方面
上图是JWST观测到的两个高红移星系的特写。 一个是红移10。5，另一个是12。5，大多数前景星系是一部分Abell 2744星团。 （图片来源:NASA/ESA/CSA/T。Treu （UCLA）） 要观察来自最遥远星系的珍贵稀有光子，望远镜越大越好——太空望远镜没有比JWST更大的了，因为它有21英尺（6。5米）的主镜。 但这只完成了一半的工作，因为物体越远，它的光就越红移。 一个星系离我们越远，根据宇宙的膨胀，它远离我们的速度就越快，所以它发出的光就被拉伸更多，向更红的波长移动。 最遥远的星系，也是目前我们能看到的最早的星系，发出的光在到达地球时一直转移到近红外波长。 正是这种红移促使科学家们设计了JWST，专门研究近红外光和中红外光。 大型镜子和红外视觉的结合使JWST能够看到比天文学家以前看到的更远、更早的星系，有望改变我们对这些星系形成方式的理解。 在JWST发射之前，已知的最遥远星系是GN-z11。 它的红移值为11。1，这相当于看到了134亿年前的星系，也就是大爆炸后4亿年，但是这是JWST之前的望远镜所能探测到的绝对极限。 在JWST的第一批数据发布后不久后，这一记录就被打破了。 天文学家利用前景星系团，如Abell 2744，作为引力透镜:大质量的天体，如星系团，用它们的引力扭曲空间，产生一种类似放大镜的效果，放大来自更遥远天体的光。 天文学家在这些透镜的背景中，发现了微弱的“红色污点”——这些“污点”后来被证明是迄今所见最遥远的星系。 首先是一个红移为12。5的星系，名为GLASS-z12 （GLASS是一个特定的调查项目的名字，“Grism lens - amplification survey from Space”）。 天文学家计算出，我们看到的这个星系是在134。5亿年前存在的，也就是大爆炸后的3。5亿年。 红移更大的星系紧随其后。其中一个被称为梅奇星系，它在大爆炸后仅存在了2。8亿年，红移为14。3， 而另一个红移为16。7，在大爆炸后仅存在了2。5亿年。 甚至有人声称存在一个红移值为20的星系，如果得到证实，它将在大爆炸后仅2亿年就存在了。 JWST也在努力确认这些发现，也使用另一种仪器按波长分割光。 天文学家已经证实了一个红移为13。2的星系，这是我们看到的宇宙只有3。25亿年时的情况。
一位艺术家描绘的宇宙从大爆炸（右边）到现在（左边）的路径， 在此期间，第一批恒星和黑洞产生了足够的光，结束了宇宙的黑暗时代。 （图片来源:NASA/STScI） 大爆炸后、恒星和星系形成之前，宇宙是黑暗的，而且笼罩在氢气雾中。 最终，光，使雾电离，尤其是紫外线辐射。 但是，结束宇宙黑暗时代的光从何而来呢？ 天文学家认为，光要么来自充满恒星的年轻星系，要么来自活跃的超大质量黑洞，这些黑洞周围环绕着由极热气体组成的吸积盘，并向太空喷射强大的射流。 星系和黑洞的先后的问题是宇宙学中最大的难题之一，有点像先有鸡还是先有蛋的问题。 JWST已经发现，它探测到的早期星系比预期的更亮，结构更强，球状核心周围的独特圆盘已经充满了恒星。 这一特征表明，完全形成的星系很快就出现了——但它们是否已经包含超大质量黑洞还有待观察。 幸运的是，JWST将会回答这个问题，它回答这个问题时，将为早期宇宙的拼图做成一块巨大的拼图。
这是艺术家对气体巨星系外行星WASP-39b的绘制，JWST描述了它的大气层。 （图片来源:NASA/ESA/CSA/J。奥姆斯特德（STScI）） 天文学家现在已经发现了5000多颗系外行星，而且还在不断增加，但尽管有这么多惊人的发现，我们仍然对其中许多行星几乎一无所知。 JWST并不是为了发现新的系外行星而设计的，但它的目标是通过进行一种叫做过境光谱的东西来描绘已知世界的更详细的图像。 当一颗行星从它的恒星前面经过时，恒星的一些光会滤过行星的大气层，大气层中的分子会吸收部分星光，在恒星的光谱中形成暗线，这是一种类似条形码的光的波长分解。 为了研究一颗行星的大气层中的成分，检验是否有大气层，这可以让天文学家了解一颗行星形成和演化过程，以及大气层中发生了什么化学过程。
上图，系外行星WASP-39b的大气组成。 （图片来源:NASA/ESA/CSA/J。奥姆斯特德（STScI）） 早期的结果非常令人鼓舞。 今年8月，天文学家宣布，JWST首次确认在一颗系外行星的大气中探测到二氧化碳气体，这颗系外行星距离地球700光年。 在11月，天文学家发布了一个更完整的光谱，显示了WASP-39b大气中元素和分子的吸收线，不仅包括二氧化碳，还包括一氧化碳、钾、钠、二氧化硫和水蒸气。 这一发现被认为是迄今为止对系外行星大气层最详细的分析。 光谱显示，火星大气中的氧含量比碳含量高得多，硫含量也很高。 科学家们认为，硫一定来自WASP-39b在形成时与较小的星子发生的多次碰撞，这为我们提供了行星演化的线索，也可以“暗示”太阳系中的气体巨星是如何形成的，例如木星和土星。 此外，二氧化硫的存在是太阳系以外行星上光化学产物的第一个例子，因为当恒星的紫外线与行星大气中的分子反应时，这种化合物就形成了。
艺术家对TRAPPIST-1系统中的七颗行星的描绘。（图片来源:NASA/JPL-Caltech） 对WASP-39b等行星的研究是一项任务，但系外行星科学的目标之一，是找到另一颗像地球一样宜居的行星，而JWST很好地刻画了外星世界的特征，上述对WASP-39b的观测，也预示了对TRAPPIST-1系统的行星研究。 TRAPPIST-1系统，是由7颗岩石行星组成，它围绕距离地球40。7光年的一颗红矮星运行。 其中四颗行星位于该恒星假定的宜居带，那里的温度允许液态水在表面存在; 所以如果条件合适，它们可能在不同程度上适合居住。 JWST最初的观测集中在TRAPPIST-1c上，这是最容易观测到的。 模型预测，将有一个类似金星的大气有大量的二氧化碳。 虽然TRAPPIST-1c太热以至不适合居住，但依旧需要确定它是否有大气层； 如果有的话，大气层中二氧化碳含量，将是描述地球大小世界的一大步。 然而，这也将是一项艰巨的任务，需要用JWST进行100个小时的观测，这也就意味着，JWST在其科学研究的第一年就要进行大约1万个小时的观测。 从TRAPPIST-1c开始，事情可能会变得更加雄心勃勃，JWST的目标是TRAPPIST-1系统中更可能适合居住的其他世界，以及其他附近恒星周围的类似世界。 天文学家们，也将继续寻找生物特征，比如大气中甲烷和氧气的存在。 在WASP-39b的大气中发现光化学反应也是重要的一步，有利于推动了碳基分子的形成。
星系合并，比如图中的IC 1623，可以推动恒星的形成，从而增加星系的化学丰度。 （图片来源:ESA-Webb /NASA/CSA/L。Armus ＆amp; A。Evans） 星空中，一些恒星可以存活数十亿年，但另一些恒星只存在很短的时间，然后要么在超新星中爆炸，要么膨胀成红巨星，然后从外层喷射到深空。 在这两种情况下，恒星会在太空中散布大量由比氢和氦更重的元素形成的宇宙尘埃。 事实证明，星系的质量、恒星形成速率和宽度之间存在某种关系。 在高红移时，偏离这种关系可能表明星系在早期宇宙中以不同的方式演化。 JWST之前，天文学家只能可靠地测量星系中各种元素的宽度，但是红移不超过3。3，换句话说，存在于115亿年前的星系。 之前，这些重元素在星系中的含量有多高还是个谜，这对JWST来说是一个“沃土”，可以彻底改变我们的认识。 JWST的早期结果表明，恒星形成和质量之间的关系确实在红移高达8。0的星系中成立，但它们的重元素丰度比预期的低三倍。 这种差异表明，恒星和星系的形成速度比我们意识到的要快，在足够多的恒星有机会消亡，并将它们的元素分散到宇宙中之前。
由JWST拍摄的明亮的木星，它微弱的光环和它的几个小卫星。（图片来源:NASA/ESA/Jupiter ERC团队/Ricardo Hueso （UPV/EHU）和Judy Schmidt） 虽然JWST被设计用来探测外太空，但它也可以用来观察我们最近的“邻居”。 当JWST指向木星时，天文学家不确定会发生什么，因为它移动得太快，而且与JWST通常观测到的暗淡的遥远星系相比，这颗行星有多亮。 科学家们担心木星可能会使JWST的探敏器过载，或者用强光抹去微弱的特征，但结果比想象的要好。JWST的图像显示了木星微弱的光环和它的一些小卫星，以及行星的大气带和极光。 通过JWST的巨大镜子提供的高分辨率的近红外光和中红外光进行观测，天文学家能够更深入地观察木星的大气层，看看云顶下面发生了什么，并了解云的延伸深度。
左边是模拟火星地图，右边是JWST拍摄的火星表面热辐射图像。 （图片来源:NASA/ESA/CSA/STScI/Mars JWST-GTO团队） JWST还拍摄了遥远的海王星、土星的卫星土卫六和火星。 虽然JWST对这颗红色星球的描绘可能不太美观，但它显示了火星表面的温度变化以及大气中二氧化碳的吸收。 在未来，JWST将观察火星，追踪更稀薄的气体，比如可能源于地质或生物活动的神秘的季节性甲烷羽流。
JWST拍摄的创世之柱中红外图像。 （图片来源:NASA/ESA/CSA/STScI/J。DePasquale （STScI） / A异教徒（STScI）） 哈勃太空望远镜最具标志性的图像之一是创世之柱——在鹰状星云中发现的长达数光年的分子气体柱。 这些柱子是宇宙的摇篮，恒星在那里诞生。 JWST重新审视了什么是创造，在近红外光和中红外光下产生的图像与原始图像一样特别。 但新视野，也不仅仅是漂亮的图片。 JWST的红外视野能够穿透支柱中的尘埃，以更好地观察内部的恒星形成过程，显示出气体在坍缩成新生恒星的边缘。 当这些恒星只有几十万岁时，它们开始喷射出侵蚀支柱边缘的射流。 在其他地方，JWST提供了对这样一颗被称为L1527的原恒星的最详细的观察，以及它如何与吸积在它上面的气体相互作用，促使其爆发，清除了蝴蝶状星云中的两个空洞。 在JWST之前，对年轻恒星的光学观测是有限的，因为尘埃挡住了它们的光。 无线电和亚毫米观测可以探测到一些正在发生的事情，以前的红外望远镜只能看到大致的笔画，但没有细节。 JWST现在提供了比以往任何时候都更详细地揭示恒星形成秘密所必需的分辨率。
JWST的6。5米分段反射镜是一项创新，未来将用于许多大型太空望远镜。 （图片来源:NASA/Chris Gunn） JWST花了钱才解决很多麻烦，最终进入轨道。 尽管它的设计已经过期多年，超出预算数十亿美元，但它的革命性设计为太空望远镜开辟了一条新的道路。 特别是它巨大的金色主镜，由18个六角形部分展开而成，这是一项全新的工程，可以将如此巨大的望远镜发射到太空中。 在未来，设计和建造JWST的努力不仅会带来革命性的科学发现，而且还会启发下一代大型太空望远镜的设计。 美国国家科学院关于未来10年天体物理学优先事项的十年报告建议表示，在21世纪40年代的某个时候，开发一个大型光学和紫外线望远镜来取代哈勃望远镜，是最优先的项目。 这台望远镜的镜面直径至少为26英尺（8米），这一壮举只有通过JWST首创的分段设计才能实现。 火箭的大小不再限制望远镜的大小;如果它不适合火箭飞行，那么望远镜可以折叠起来，就像JWST一样。 无论这些未来的太空望远镜有什么发现，我们都要感谢JWST。 BY:Keith Cooper FY:Alina Zhu 如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处 选文：天文志愿文章组- 翻译：天文志愿文章组-Alina Zhu 审核：天文志愿文章组- 终审：天文志愿文章组-零度星系 排版：天文志愿文章组-零度星系 美观：天文志愿文章组- 参考资料 1.WJ百科全书 2.天文学名词 3.原文来自：https://www./james-webb-space-telescope-revolutionizing-astronomy 注意：所有信息数据庞大,难免出现错误,还请各位读者海涵以及欢迎斧正. 本文由天文志愿文章组-翻译自文章作者Keith Cooper的作品,如有相关内容侵权,请在作品发布后联系作者删除. 结束,感谢您的阅读与关注 全文排版：天文在线(零度星系) 转载请取得授权,并注意保持完整性和注明出处 浩瀚宇宙无限宽广 穹苍之美尽收眼底 |
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