宇宙大爆炸后一瞬首次清晰拍到！造價(jià)百億美元的韋布望遠(yuǎn)鏡，發(fā)布130億年前的太空?qǐng)D景

白交 2022-07-12 14:14:44 來源：量子位

楊凈 豐色 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

二十多年的努力，斥資100億美元的史上最強(qiáng)太空望遠(yuǎn)鏡——

詹姆斯·韋布（James Webb），剛剛公布了迄今為止宇宙最深處的照片。

這是韋布的開始——發(fā)布的首張全彩圖像，也是人類窺視宇宙大爆炸的開始。

拍攝的這個(gè)星系團(tuán)SMACS 0723，距離地球46億光年，其大小相當(dāng)于將你指尖的一粒沙放在一臂遠(yuǎn)的地方，所能覆蓋的天空。

據(jù)NASA局長(zhǎng)Bill Nelson透露， 僅在這張照片就有成千上萬個(gè)星系，其中一些星系發(fā)出的光經(jīng)過了130億年才到達(dá)望遠(yuǎn)鏡的鏡面。

要知道，宇宙大爆炸也才距今138億年左右。據(jù)《科學(xué)美國(guó)人》形容，現(xiàn)在看到的光，只不過是當(dāng)時(shí)大爆炸之后的一瞬。

天文學(xué)家預(yù)計(jì)，韋布將填補(bǔ)我們已知?dú)v史中的一個(gè)神秘空白宇宙——大爆炸后的第一個(gè)4億年，并將確定可能存在外星生命的遙遠(yuǎn)世界。

有網(wǎng)友感嘆：人類從未如此遙遠(yuǎn)、如此清晰地看到宇宙深處。

除此之外，還有人感受到了人類之渺小，宇宙之浩瀚。

而作為哈勃望遠(yuǎn)鏡的繼任者，自然就少不了他們兩者的對(duì)比。

有網(wǎng)友貼心地做了動(dòng)圖，感嘆：這100億美元沒白花。

這種清晰度是如何做到的？

事實(shí)上，這個(gè)星系團(tuán)此前就已經(jīng)被太空望遠(yuǎn)鏡拍過。只不過韋布望遠(yuǎn)鏡達(dá)到了驚人的清晰度，以及透露了這塊區(qū)域的更多細(xì)節(jié)。

而實(shí)現(xiàn)的這種精度，是此前哈勃太空望遠(yuǎn)鏡遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到的。若是更具象一點(diǎn)，據(jù)多個(gè)媒體報(bào)道，強(qiáng)大了一百倍。

核心功臣，是比哈勃大六倍的主鏡。

它有18片六邊形鏡片組成，每塊約重20公斤。

其口徑約6.5米（哈勃約2.4米），面積可達(dá)25.4平方米。

集光區(qū)域更大，也就意味著更遙遠(yuǎn)星系的光被接受進(jìn)來。

加之鏡片是由高純度的金屬鈹制成，這樣就可以做到表面幾乎做到絕對(duì)光滑。

其次，就是觀測(cè)波段不同。

韋布集中在紅外波段觀察宇宙，哈勃?jiǎng)t主要觀測(cè)的是紫外光和可見光。

對(duì)于最初形成的恒星和行星，他們往往會(huì)隱藏在吸收可見光的塵埃云后面。但這些區(qū)域發(fā)出紅外光卻能穿透這層籠罩，揭示其內(nèi)部信息。

因此紅外光波對(duì)觀察宇宙深處非常重要。

最早的恒星和星系發(fā)出的光在穿越深空時(shí)伸展開來，當(dāng)它到達(dá)地球時(shí)，光線已經(jīng)延伸到光譜的紅外線部分。

而為了更好地接受紅外光波，韋布鏡片上涂滿了金色。

再者，就是軌道不同。韋布是在第二拉格朗日點(diǎn)L2，即距離地球150萬公里處繞太陽運(yùn)行；哈勃?jiǎng)t是繞地球運(yùn)行。

選這個(gè)點(diǎn)是因?yàn)樗艿降厍蚝吞栆χ蛣倓偤?，能讓望遠(yuǎn)鏡和地球同步繞太陽公轉(zhuǎn)；還能始終保持太陽、地球、月球在望遠(yuǎn)鏡的同一側(cè)，從而屏蔽這些熱源的干擾。

除了“如何做到如此清晰”之外，網(wǎng)友們還有幾點(diǎn)疑慮。

比如，出現(xiàn)了一些彎曲的天體。

NASA官方也給出了解釋，簡(jiǎn)單來說就是引力透鏡效應(yīng)。

雖然這種圖顯示的是一片天空，但實(shí)際上有遠(yuǎn)近不同的巨大星系。大質(zhì)量物體（星系團(tuán)）的引力來放大或彎曲較小物體（星系、恒星或系外行星）的微弱光。

還有照片上出現(xiàn)了六角星芒，中間還橫著了一個(gè)杠。

這是因?yàn)轫f布是個(gè)反射望遠(yuǎn)鏡。六角衍射星芒正是因?yàn)橛捎谥麋R六邊形鏡片邊緣引起的，而橫著那一道則是來自于副鏡支架。

換言之，這可以說算是是韋布拍攝的特有標(biāo)識(shí)。

另外，還有一個(gè)此次工作人員強(qiáng)調(diào)“嘚瑟”的點(diǎn)。

那就是這張圖是由不同波長(zhǎng)的圖像合成的，僅用時(shí)12.5個(gè)小時(shí)。要是用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡來拍攝，則可能想需要數(shù)周的時(shí)間，而且還沒有那么多細(xì)節(jié)。

如今這樣的表現(xiàn)，背后卻是一段“一鴿再鴿”的辛酸史。

造價(jià)100億的韋布望遠(yuǎn)鏡

事實(shí)上從誕生之日起，韋布的目標(biāo)就是向宇宙深處邁進(jìn)——

“回溯”到宇宙大爆炸早期，尋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、功能最強(qiáng)的空間望遠(yuǎn)鏡。

由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、歐洲航天局（ESA）和加拿大航天局（CSA）的國(guó)際合作項(xiàng)目，由美國(guó)29個(gè)州及14個(gè)國(guó)家的300多所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)以及相關(guān)公司的數(shù)千名工程師和數(shù)百名科學(xué)家共同完成。

有意思的是，韋布的歷史，號(hào)稱“一代鴿王”。

早在哈勃升空（1990年）的前一年，就有科學(xué)家提出要建一個(gè)可以觀察中紅外光譜區(qū)域的空間望遠(yuǎn)鏡。

它的名字在2002年敲定，為了紀(jì)念NASA第二任局長(zhǎng)和阿波羅計(jì)劃的主要發(fā)起者——詹姆斯·韋布。

原計(jì)劃耗費(fèi)5億美元并于2007年發(fā)射升空。但由于各種原因，導(dǎo)致項(xiàng)目嚴(yán)重超支，發(fā)射時(shí)間數(shù)次推遲。

2004年，它的設(shè)計(jì)圖經(jīng)過多次修改基本完成，一些零件開始制造。

其發(fā)射日期最初預(yù)計(jì)是2007~2011年，但因經(jīng)費(fèi)爆炸（最開始設(shè)置的紅線為80億美元）和技術(shù)問題曾推遲到2014年，后又一度推到2018、2019年。

終于在去年12月，經(jīng)過十年多的等待，“鴿王”完成了最終測(cè)試，起飛了。

當(dāng)然，本來預(yù)計(jì)22號(hào)飛，但由于天氣原因又“鴿”了3天。

（我和我最后的倔強(qiáng).jpg）

在耗時(shí)30天、航行了146萬公里并在路上完成“睜眼”（鏡面完全展開）后，“鴿王”韋布于今年1月底到達(dá)了“棲息地”：日地第二拉格朗日點(diǎn)L2。

至此，這個(gè)耗資100億美元、被網(wǎng)友戲稱為“外星偷窺設(shè)備”的家伙正式開始服役。

經(jīng)過幾個(gè)月的鏡片對(duì)齊、校準(zhǔn)，以及設(shè)備調(diào)試，韋布如約在這個(gè)夏天傳回來了它的第一張照片，證明了自己的“厲害”、以及“確實(shí)好使”。

它的使命，具體來說是幫助科學(xué)家回答以下七大宇宙謎題：

1、宇宙中第一顆恒星什么時(shí)候、在哪里形成？

2、超大質(zhì)量黑洞的起源是什么？

3、暗物質(zhì)是冷的嗎？

4、大質(zhì)量恒星如何爆炸成超新星？

5、像地球這樣的行星上的水是從哪里來的？

6、最有希望的系外行星可以孕育生命嗎？

7、 宇宙膨脹率是否打破了目前的宇宙學(xué)模型？

按照計(jì)劃，韋布將運(yùn)行10年，不過NASA表示，其實(shí)完全可以支撐20年。

值得一提的是，由于韋布離地球?qū)嵲谔h(yuǎn)，并不能像哈勃那樣派人去修，只能派機(jī)器人去補(bǔ)充燃料。

ps. 哈勃已經(jīng)運(yùn)行了32年，曾發(fā)生過多次死機(jī)，最近的一次是去年，現(xiàn)在仍在服役。

今晚十點(diǎn)半，還有4張照片要放出

毋庸置疑，韋布的這張照片是我們?nèi)祟惼駷橹箍吹降淖钸b遠(yuǎn)、最清晰的宇宙成像。

它集成了眾多科學(xué)家們二十多年來集體努力的結(jié)晶。

有網(wǎng)友表示，“原圖值得慢慢欣賞”、“我只想靜靜地說一句‘好美’”……

還有人發(fā)出這樣的感嘆：

如此廣袤深邃的宇宙，如果不存在外地文明實(shí)在可惜。

不過，正如一些航天愛好者所說，這張照片只是一道開胃菜。

就像哈勃望遠(yuǎn)鏡幫我們破解暗物質(zhì)等眾多宇宙之謎一樣，韋布也將帶我們?cè)俅我桓Q隱秘的太空，使我們能夠?qū)λM(jìn)行更加深入的觀察，發(fā)現(xiàn)一些更加難以置信的東西，不斷打破人類已有的宇宙認(rèn)知。

最后的最后，提醒大家：北京時(shí)間今晚10點(diǎn)半，NASA還會(huì)公布韋布拍的剩下4張照片，包含船底座星云、系外巨行星WASP-96 b，南環(huán)狀星云NGC3132和斯蒂芬五重星系。

感興趣的朋友不要錯(cuò)過。

參考鏈接：
[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/