1000个古老星系！韦伯望远镜的第一张照片到底拍到了什么？

　　圣诞节从圭亚那航天中心发射升空的詹姆斯·韦伯望远镜已经＂正式发布＂了＂第一张照片＂，目标是银河系中的恒星2MASS J17554042+6551277，而背景星系则是上千个宇宙深处的遥远星系！
　　詹姆斯·韦伯的＂第一张照片＂为何要以一颗恒星为目标？究竟有何特殊之处，背景星系高达上千个又是什么情况，银河系不是只有一个么？这颗恒星究竟有什么特殊之处？
　　2MASS J17554042+6551277究竟是何方神圣？笔者查了下了，原来是北天区天龙座天区一颗非常普通的恒星，又名为 TYC 4212-1079-1，如下图：
　　这颗恒星距离地球约2000光年，亮度约为太阳的16倍，但这在星图上什么都看不到，因为距离实在是太遥远了，但这颗恒星依然在银河系内，韦伯望远镜为何要选择这颗恒星作为＂首选目标＂呢？
　　原因很简单：对焦！
　　望远镜的对焦大家都很清楚，就是调节焦距远近以达到图像最清晰，但这工程意义上的对焦就不一样了，因为还有对光路，这个可是一个三维空间中的问题，不像调焦只有距离远近，而詹姆斯韦伯望远镜的对焦一定能让你疯掉，因为这台望远镜的光学结构之复杂令人咋舌。
　　首先是一个＂拼接＂版的主镜，采用这种结构原因有两个，一是用小主镜拼接一个超大口径的主镜，另一个则是轻量化。
　　6.5米口径的轻量化主镜是用铍金属制造的，并且在表面镀上了一层黄金，18面主镜的镀金足足消耗了48.25克黄金，估计各位都能根据这个重量计算出镀层厚度了，为什么要用黄金？下文会继续介绍，绝不是为了土豪金亮瞎外星人。
　　另一个则是其光路，超大口径完成超长焦距，并在光路中加入修正镜调整图像的畸变，这种光路被称为Three-mirror anastigmat＂（三镜象散镜），这是是一种由三个曲面镜构成的象散镜望远镜，其特点是能最大限度地减少所有三种主要光学像差—球面像差、彗差和像散。球差：球面像差是发生在经过透镜折射或面镜反射的光线，接近中心与靠近边缘的光线不能将影像聚集在一个点上的现象；彗差：类似彗星形状的变形，为光学系统中的一种像差，这是一些透镜固有的或是光学设计造成的缺点，导致离开光轴的点光源，例如恒星，产生变形；像散：一种因为大倾角的窄光束所带来的的单色像差，两个相互垂直的平面中传播的光线聚焦在不同的焦点，会观察到两个焦点之间所产生的影像会变得模糊；
　　因此在调整光路时不仅要将18面主镜完美的调整到一个双曲面行，还有将其光线精准的汇聚到第一副镜，然再将光线反射至下面反射镜，再经过数次反射最终汇聚至CCD。
　　2022年2月2日，詹姆斯韦伯望远镜对准了大熊座恒星HD 84406以及周围 156个不同位置 ， 使用NIRCam的10个探测器生成了1,560张图像，总计54GB的数据，整个过程持续25小时，用于调整主镜是否处在同一个双曲面上。
　　各个反射镜对应的恒星，这表示镜面精度初步调整成功，接下来就是更进一步的调整，而在3月16日NASA发布的这颗2MASS J17554042+6551277的照片后宣布， 詹姆斯韦伯太空望远镜的主镜完全对齐，性能甚至比设计的还要好。
　　美国宇航局戈达德太空飞行中心的韦伯运营项目科学家简·里格比在新闻发布会上说：
　　＂我们今天看到的工程图像与哈勃 太空望远镜拍摄的图像一样清晰锐利，但处于哈勃完全不可见的波长范围，所以这使得不可见的宇宙迅速进入我们的视线＂
　　非常期待詹姆斯·韦伯望远镜接下来的出的真正深空照！背景星系到底是怎么回事？
　　相信各位应该是看到了那个六道星芒恒星的背景上有着大量密密麻麻的星系，据科学家称这里有高达上千个星系，首先我们要确认一个问题，这是在银河系，怎么会有其他星系？
　　要回答这个问题很简单，因为詹姆斯·韦伯望远镜对准的是北天区天龙座天区的一颗恒星，地球的北天极指向是远离银河系的外围，这里恒星稀少，因此背景出现遥远宇宙的星系并非不可能。
　　另一个问题是，这些星系可能此前在哈勃望远镜是根本看不到的，因为詹姆斯·韦伯望远镜不是哈勃的接班人，而是要比它看得更早，看得更远！
　　更早更远：究竟用什么方法来实现？
　　人类感知宇宙的途径，最早期就是肉眼，看到的就是满天繁星！后来发明了望远镜后居然还发现这些星星背后有着各种各样的故事。
　　再后来科学家发现了红外与紫外光，还有X射线与伽马射线以及中微子，而爱因斯坦则从从他的广义相对论中预言了引力波的存在。
　　望远镜也从光学发展到了射电望远镜，从上世纪六十年代开始则开始使用X射线，再到后来用红外和紫外波段观测，发现了一个完全不一样的世界。
　　再到后来又出现了中微子观测和引力波观测，相信大家都了解得非常透彻了，但问题是这些望远镜与观测工具之间到底是怎么样建立起联系的，是互补还是竞争？
　　宇宙大爆炸与观测手段
　　现代理论认为，宇宙诞生于138.2亿年前的一次大爆，在极端致密的空间中宇宙突然发生了膨胀，最早诞生的是引力，之后则是弱力和强力，最后诞生的是电磁力，这些过程在不到一秒的时间内就发生了。
　　之后则开始了膨胀，一直到38万年后宇宙才膨胀到清朗时代，光子得以从炽热的物质中挣脱束缚，开始在宇宙中横冲直撞。
　　因此我们现代使用的可见光、X光、红外光与紫外以及电磁波观测（射电望远镜），最多只能到宇宙诞生的38万年时，因为在这之前，光子都还没有出来。
　　再早一点，需要用中微子观测，因为中微子在宇宙诞生1秒时脱耦，而更早则需要引力波观测，它可以直达宇宙大爆炸后的一刹那，当然这些手段都在建设，比如南极的冰立方和太空中的天琴引力波观测望远镜，而现在正在逼近的正是电磁波观测的极限。
　　科学家们想看什么？
　　射电望远镜可以看到宇宙诞生38万年时的微波背景辐射，因为宇宙膨胀把这些原本在可见光波段直接拉伸到了电磁波，所以科学家们绘制了宇宙微波背景辐射分布图，证明了宇宙是各向同性的，仅仅只有极其微小的差别。
　　而现代最顶尖的哈勃望远镜以及地面超大口径光学望远镜能看到的则是可见光的极限，科学家需要一种能在电磁波和可见光之间衔接的望远镜，来观测宇宙大爆炸后，到星系诞生前第一颗恒星的光，由于宇宙快速膨胀，这种恒星的光已经进入红光波段和红外波段。
　　而詹姆斯韦伯观测的正是中红外波段，口径6.5米是哈勃2.4米的2倍以上，并且詹姆斯韦伯望远镜在拉格朗日L2点，远离地球辐射的影响，另外还对CCD制冷，与绝对零度一步之遥，要的就是吸收从遥远宇宙到达望远镜CCD每一颗微弱的中红外波段光子，它的灵敏度据说是哈勃的1000倍以上。
　　当然在发布画面中的这副照片并非是＂冷冻CCD＂拍摄，而是在第一焦平面的CCD摄像机，这台摄像机未来不会使用，仅仅作为调试，即使如此詹姆斯韦伯望远镜已经开始展现它强大的观测能力，十分期待它的第一张照片。
　　地面天文望远镜、哈勃超深空与韦伯空间望远镜成像距离对比（红字：红移值，白字：光与宇宙大爆炸的时间差）
　　第一张照片的时间预计会在5月底产生！宇宙中的第一颗恒星，也许很近，但它真的很远！（完）