宇宙级买家秀——韦布”的5张“首秀”图

文/施韡

◎◎韦布望远镜（图源：NASA）

千呼万唤始出来，2022 年7 月12 日晚，韦布望远镜的首批科学图像正式亮相。震撼人心的画面让几乎所有人都觉得25 年的漫长等待值了，超过100 亿美元的花费值了！

韦布望远镜是人类设计过的最大、最复杂的空间望远镜，在它身上应用了多项尖端科技，如折叠的拼接式镜片、可自动展开的薄膜型遮光罩、低温促动器、轻量化光学元件、超精细摄谱仪、全新的热控技术等。这些都意味着韦布望远镜有非同寻常的科学目标：

◆探索早期宇宙——拥有红外成像能力的韦布望远镜将成为一台强大的“时间机器”，它可以回溯到135 亿年前，看到宇宙诞生后不久，在黑暗中形成的第一代恒星和星系。

◆了解星系演化——超大镜面和超灵敏的红外探测设备将捕捉到最微弱、最早的星系“化石”，将它们与当前宇宙的星系进行比较，可帮助我们了解数十亿年来星系是如何演化的。

◆见证恒星与行星的一生——红外线具有穿透尘埃的能力，这让韦布望远镜具备了一双“火眼金睛”——看清隐藏在尘埃之下的恒星与行星是如何诞生的。

◆了解系外行星——韦布望远镜将告诉我们更多关于系外行星大气层的信息，我们可以依此判断宇宙中其他地方是否存在产生生命活动的基础条件。

如此宏伟的科学目标和巨大的工程难度，使得韦布望远镜的研制过程异常艰难。最初计划2007 年发射的它，直到2021 年底才终于起飞。在经过了150 万千米的长途跋涉、约360 个展开动作后，韦布望远镜终于进入了自己的工作轨道。又经历了长达数月的一系列复杂的镜片校准和仪器测试，它才终于准备就绪。当看到它传回的第一张图像时，科学家们欢呼雀跃——一切都是值得的。

韦布望远镜的成像质量比预期的还要好。首批公布的5 张图像不仅展现了韦布望远镜的卓越性能，更为我们呈现了一个前所未见的宇宙。

星系团 SMACS 0723：一臂之远的图像中竟然包含了上千个星系

这是韦布望远镜拍摄的首张深空图像，主要显示的是一个编号为 SMACS J0723.3-7327 的星系团（可缩写为 SMACS 0723）。

SMACS 0723 由数百个星系共同组成，距离地球大约46 亿光年——也就是说，韦布望远镜收集到的这些光子从星系团起程出发时，我们的地球才刚刚诞生！

图中最引人注目的是一颗光芒万丈的星星。然而，它不过是银河系中一颗不知名的暗弱恒星，只是由于离我们较近，才一不小心成功“抢戏”。在那颗亮星的右下方，你能见到几个明亮的、白色的、呈现圆形或椭圆形的斑点，它们就是星系团的成员。

在星系团的周围，你或许已经注意到有几十条细长而弯曲的弧线，像融化了的太妃糖。它们事实上是更遥远的星系——远至 100多亿光年外。它们原本躲在 SMACS 0723 的身后，由于SMACS 0723的强大引力使周围时空发生扭曲，将远方星系路过的光“掰弯”了，于是我们会看到多个重复的像，犹如我们正透过一个凸透镜进行观察，这种现象叫作“引力透镜效应”。

这张图片中密密麻麻遍布着数千个模糊的亮斑，其实它们都是完整的星系，每一个星系里都有上千亿颗恒星。它们大多位于几十亿光年以外，个别呈现暗红色的星系，与我们的距离则达到了130亿光年。

◎◎◎SMACS◎0723星系团（图源：NASA）

◎◎WASP-96◎b的想象图，就连韦布望远镜也无法直接拍到它的影像◎（图源：Astronomy.com）

系外行星 WASP-96 b：首次详细揭示了太阳系外行星大气中水的特征

WASP-96 是一颗距离地球约1100 光年的类太阳恒星，拥有一颗不同寻常的行星 WASP-96 b。据推测，这颗行星距离它的恒星只有700 万千米，每3.4 天就公转一周，其大小与木星相当，但质量只有木星的一半。根据这些信息判断，这应该是一颗热木星（指其公转轨道距离其宿主恒星极为接近的类木行星）。它的大气层顶部应该非常热，可达到1000℃，这样的高温使得大气膨胀。

更重要的是，从地球上看，这颗行星每一圈公转都会从恒星前面经过，这种现象称为“凌日”。此时，恒星发出的光将先穿过这颗行星的上层大气，才能到达地球。

行星大气中的原子和分子会吸收特定波长的光。如果把恒星的光分解成像彩虹一样的光谱，就会发现光谱上留下了额外的暗线，被称为“吸收线”，是那颗行星大气成分的印迹。

◎◎类太阳恒星◎WASP-96的光谱，透露了绕它旋转的行星WASP-96◎b的大气成分◎（图源：NASA）

下方这张图是行星WASP-96 b 发生凌日时类太阳恒星WASP-96 的光谱。从图中我们看到WASP-96 b 的大气中存在显著的水蒸气（H2O）。记录到的数值波动还反映出行星大气中含有云和霾的特征。

韦布望远镜强大的光谱分辨本领，让我们获得了有史以来最清晰的系外行星大气成分的数据。通过这种方法，我们有望获得更多关于系外行星大气的信息，从而判断该行星是否宜居，甚至侦察其有无生命活动迹象。

◎◎通过凌星探测行星大气成分的原理◎（制图：施韡）

◎◎NGC◎3132的近红外图像◎（图源：NASA）

行星状星云 NGC 3132：展示了垂死恒星的华丽谢幕

NGC 3132 是一个行星状星云，距离地球约 2000 光年，又被称为“南天环状星云”。它的前身是一颗类似太阳的恒星，核心燃料耗尽后快速膨胀成为一颗红巨星，最终，外层物质扩散、脱离星体，核心则坍缩成白矮星，核心外围的物质以更高的温度、更快的速度被推出去——这就是它形成的过程。

◎◎NGC◎3132的中红外图像◎（图源：NASA）

◎◎NGC◎3132◎局部，透过星云能看到更遥远的星系（图源：NASA）

看韦布望远镜的近红外相机（NIRCAM）拍摄的NGC 3132 图像，低温分子气体和尘埃组成的外层物质用橙色表示，中间的蓝绿色是更热的等离子体。我们能看出它的外层物质的结构非常厚实且复杂。

韦布望远镜的中红外相机（MIRI）拍摄的NGC 3132 图像让我们发现：NGC 3132 的中心实际上有两颗恒星，其中一颗恒星还没有走到生命的终点。

如此精细的画面有助于我们了解像太阳这样的恒星死亡时的情况，了解上一代恒星抛射出去的物质如何“化作春泥”成为下一代恒星形成所需的养料。

斯蒂芬五重奏星系：透视超大质量黑洞附近气体的速度与组成

◎◎上图：斯蒂芬五重奏星系的近红外图像

斯蒂芬五重奏星系实际上由两部分组成：其中4 个星系构成一个相互作用的小星系群，距离地球约3 亿光年；另一个为前景星系，也就是画面中最左侧的那个，离地球只有4000 万光年，跟其他4个星系没有物理上的关联。这张近红外图像显示了该星系群中相对较冷的气体和尘埃。看位于画面中央的NGC 7318 a 和NGC 7318 b，红色部分是两个星系剧烈碰撞过程中被甩出去的物质。经过一段时间的冷却后，这些物质有机会形成新的恒星。

而在中红外图像中，上方的NGC 7139 星系中心显得非常明亮。这意味着我们看到的是来自一个超大质量黑洞外围的光芒。这个黑洞正在贪婪地吞噬着星系核心的气体和尘埃，这些物质在下落过程会升温并发出强烈的电磁辐射。

◎◎下图：斯蒂芬五重奏星系的中红外图像（图源：NASA）

船底座星云：透过浓密尘埃瞥见新恒星的诞生

◎◎船底座星云的近红外图像◎（图源：NASA）

在船底座的南部，有一个弥漫着气体和尘埃的巨大星云，叫作“船底座星云（Carina Nebula）”。它距离地球大约7000 光年，是银河系最活跃的恒星形成区之一。

这张图是由韦布望远镜的近红外相机所拍。画面下半部分像山峦一样的是星云里的气体和尘埃；上半部分显示出一些质量巨大、非常明亮的恒星，它们吹出的星风侵蚀着气体和尘埃，将它们一路向西推，就像海浪冲刷着沙滩一样，留下了泾渭分明的界线。

韦布望远镜的中红外相机同样也拍摄了船底座星云。图中粉红色和红色的部分是正在诞生或刚刚诞生的恒星。它们中的一部分产生了强烈的辐射和星风，将包裹自己的气体吹走，于是形成了气泡或空腔；而另一部分仍然被形成它们的尘埃物质深深包裹着。这一过程只会持续5 万年至10 万年，这在恒星的一生中堪称一瞬，韦布望远镜以其极高的灵敏度捕捉到了这一美妙时刻。

星空之美，美不胜收；宇宙之妙，妙不可言。韦布望远镜的首批照片把我们带入了梦境般的宇宙深处，令人陶醉不已。然而，这仅仅是个开始。我们有理由相信，韦布望远镜会将我们对宇宙的认知推向一个前所未有的高度。

◎◎船底座星云的中红外图像◎（图源：NASA）