你好，宇宙！韦布空间望远镜如何拉开丰富而震撼的开场

　　7月12日，太阳系。
　　詹姆斯韦布空间望远镜如常静静漂浮在黑暗寒冷中，身后，太阳、月亮和它所来自的蓝色星球，化作三个明暗不一的圆点。
　　同一时间，韦布空间望远镜所带回的首批5张全彩科学图像，在全人类的期待中揭开面纱：从一粒沙子中包含的数千个星系，到从130多亿年前传来的光；从太阳系外行星大气中的水元素，到超大质量黑洞附近气体的速度和成分；从新恒星的诞生，到垂死恒星的华丽谢幕它拍下了迄今最遥远、最清晰的宇宙红外图像。
　　这仅仅是一个丰富而震撼的开场。13日，多位天文学专家在接受南都、N视频采访时，表达了对韦布空间望远镜未来观测成果的高度期待。宇宙的起源是什么？地外生命是否存在？人类对宇宙的好奇心从未减弱，这枚部署在深空的金色巨镜，或许能进一步提高科学家、文学家们的想象阈值。
　　詹姆斯韦布空间望远镜拍摄的首张全彩宇宙深空图像。来源：美国航天局官网
　　望向婴儿期的宇宙
　　这是由美国航天局与欧洲航天局、加拿大航天局联合研究开发的空间望远镜。它此次传回给人类的5张图像中，最受关注的当属7月11日美国总统拜登在白宫提前公布的全彩宇宙深空图像，其中显示的，是包含了数千个星系的SMACS0723星系团。美国航天局局长比尔纳尔逊生动地将其形容为，观察放在一臂远指尖上的一粒沙。
　　这是迄今最遥远、最清晰的宇宙红外图像，具有人类从未见过的微小、微弱结构，包括星团和漫射特征等。人类能够从中更深入了解这些星系的质量、年龄、历史和成分。
　　以前所未有的清晰度，看到宇宙深处的一粒沙意味着什么？
　　清华大学高等研究院天体物理博士王卓骁向南都记者解释，光速是有限的，因此，遥远和古老在天文学上是一回事，望向远处就是望向宇宙年轻的时候。
　　据美国航天局介绍，SMACS0723星系团距离地球约46亿光年，因此图像展现的是该星系团约46亿年前的模样，而其中一部分从更加遥远星系传来的光，则来自130多亿年前，也就是宇宙大爆炸后不久，当时的宇宙还处于婴儿期。
　　中国科学院国家天文台副研究员李海宁告诉南都记者，韦布空间望远镜能带回如此惊艳的照片，是由于其观测波长主要处于红外波段。不同于紫外线和可见光，波长较长的红外线能绕过尘埃，可让望远镜看到隐藏在尘埃云背后的天体。更重要的是，红外观测有助于科学家以更近距离看到万物起源。
　　她说，随着宇宙持续膨胀，早期发光天体发出的紫外线和可见光朝光谱的红端移动，最终以红外线的形式在今天抵达近地空间，这种现象称为红移，而发生红移的天体有可能被红外望远镜捕捉到。
　　在李海宁看来，此次韦布空间望远镜小试牛刀，仅通过12。5个小时的曝光，就带回了130多亿年前的信息，这代表通过观测，研究星系演化的各阶段成为可能，而这正是韦布空间望远镜的4个主要任务目标之一
　　韦布空间望远镜所肩负的科学目标，还包括寻找宇宙中诞生的第一批星系，观察恒星及行星系统的形成，测定包括太阳系行星系统在内的行星系统的物理、化学性质，并研究其他行星系统存在生命的可能性。此次发布的图像不仅涉及了五个不同尺度的天体系统，且与这些目标一一对应。
　　其中，银河系中的系外行星WASP96b的光谱图，首次呈现了太阳系外行星大气中有水、雾霾和云的特征；位于飞马座的斯蒂芬五重星系图像，揭示了超大质量黑洞附近气体的速度和成分；绚丽的船底座星云和南环星云，则分别展露了新恒星的诞生和垂死恒星的华丽谢幕。
　　揭示恒星诞生的船底座星云。来源：美国航天局官网
　　长途跋涉与从零到一
　　早在哈勃空间望远镜横空出世的上世纪90年代，天文学家就在讨论下一代空间望远镜的概念了，在建造一台口径更大、工作在红外波段空间望远镜的宏愿下，新的蓝图很快画就。
　　然而，被认为是哈勃空间望远镜继任者的韦布空间望远镜，却比最初的预期迟到了整整14年，与工期一同增长的，还有不停攀升的研发预算。
　　南都记者从美国航天局获悉，韦布空间望远镜共耗资100亿美元，累计工作时长约4000万小时，共有来自十多个国家的数千名科学家和工程技术人员投身其中。
　　直至2021年12月25日，韦布空间望远镜终于从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空，并于次年1月24日顺利进入围绕日地系统第二拉格朗日点的运行轨道。
　　李海宁告诉南都记者，韦布空间望远镜计划提出时，许多所需技术还处于理论阶段，不少尝试都是从零到一的突破。再加上它所要面对的，是150万公里的长途跋涉和精密复杂的展开，任何细小的失误与故障都可能在顷刻之间让所有努力化为乌有，因此反复的模拟与调试在所难免。
　　王卓骁也表示，韦布空间望远镜发射时间后推本就是意料之中的，只是没想到会迟那么久。
　　进入太空后，真正的考验才刚刚开始。
　　王卓骁向南都记者介绍，韦布空间望远镜的主镜直径达6。5米，由18片六边形镜片构成，配有5层可展开的遮阳板。在太空环境中，网球场大小、厚度仅为0。025至0。05毫米的遮阳板两侧要承受超过300摄氏度的温差；主镜的18片镜片则要实现10纳米误差之内的精确共轴，而可供校准的参考物只有遥远的行星和其自带的仪器。这些都是韦布空间望远镜的技术难点所在。
　　因此，进入工作轨道后的7个月时间里，韦布空间望远镜一刻都没闲着。王卓骁向南都记者介绍，它先是花了一周所左右的时间将所有部件展开、拼装，然后便进入了漫长的主镜校准阶段，直到三个月后才开始作最后的调试。
　　今年3月，完成大部分调试步骤的韦布空间望远镜迫不及待地传回了一张单色恒星照片，以及一张自拍照。尽管并非正式观测照片，图像背景中璀璨的古老星系已令全球科学家激动不已。
　　韦布空间望远镜在太空中的自拍照。来源：美国航天局官网
　　而最新公布的5张图像，则是韦布空间望远镜于5月至6月间陆续拍摄的，在这期间，它还遭遇了小小的意外。
　　6月8日，美国航天局在网站发文称，5月23日至25日期间，一个略小于一粒沙的微流星体击中了韦布空间望远镜的一片镜片，但工程师调整了被击中镜片的位置，一定程度抵消了因撞击造成的偏差，望远镜整体运行良好，不会改变运行计划。
　　韦布空间望远镜背后的工程师们没有食言，人类通过这枚部署在深空的金色巨镜完成了史无前例的惊鸿一瞥。
　　仅是丰富而震撼的开场
　　看得远一点、再远一点，人类抬头望不到宇宙最深处。宇宙的起源、地外生命，则是不变的想象与叩问。
　　看见宇宙的第一缕光，是李海宁对韦布空间望远镜最大的期待。我们从哪里来到哪里去，是天文学关心的终极问题。如今，‘第一代恒星’尚停留在理论层面，但我相信韦布空间望远镜有这个能力找到答案。
　　王卓骁也相信，对于宇宙早期星系演化的研究，有助于人类对太阳系乃至银河系未来演化的推演，在天文研究中有着至关重要的作用。
　　与此同时，王卓骁对此次韦布空间望远镜带回的系外行星光谱图也格外关注。过去数十年间，人类不停向太空探索，苦苦在火星上寻找生命之源水的痕迹，而这张图直截了当地告诉我们，不远处的一颗系外行星上就有水的存在。
　　在他看来，这意味着或许有一天，韦布空间望远镜能从更多遥远行星上，捕捉到代表着生命的元素。
　　银河系中的系外行星WASP96b的光谱图。来源：美国航天局官网
　　对于地外文明的追问，历来是人类与宇宙之间最具浪漫色彩和争议性的探索。
　　1950年的夏天，在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的午餐时间，著名物理学家、诺贝尔奖获得者恩利克费米转向身边的同事，冒出一句：如果外星人真的存在的话，那他们都在哪儿呢？当时的费米可能不会想到，他漫不经心的一次提问，竟成了后来使无数科学家为之绞尽脑汁的费米悖论。
　　长久以来，费米悖论阐述了人类对地外文明存在性的过高估计和缺少相关证据之间存在的明显矛盾。但人类对地外文明是否存在的好奇心从未削减。
　　1960年，来自美国康奈尔大学的天文学家法兰克德雷克完成了首次搜寻地外文明计划（SETI）实验。1977年9月5日，携带55种人类语言录制而成的问候、115幅包括地球风貌及人类结构和太阳系天体影像图片，美国航天局的无人探测器旅行者1号向外太阳系进发
　　今年年初，美国航天局宣布，已获确认的太阳系系外行星数量超过5000颗。该机构系外行星科学研究所天体物理学家杰茜克里斯蒂安森说：这不仅是一个数字，它们中的每一颗都是一个新世界。
　　人类对无法具化的浩瀚宇宙，除了好奇，还有敬畏与反思。
　　著名物理学家斯蒂芬霍金曾说，永远记住，要仰望星空，感受你所看到的，探求宇宙存在之谜。永葆好奇之心。但他也曾警告人类，应当想尽一切办法避免与这些外星生命接触，如果他们来拜访人类，其结果可能会像哥伦布踏足美洲大陆一样，对当地土著造成不利。
　　长篇科幻小说《三体》中著名的黑暗森林理论更犀利指出：宇宙中的每个文明都是带枪的猎人，谁先亮起火光，谁就会被消灭。更添一分艺术上的思考。
　　然而，不断向未知的深空伸出求知的触角，永远是人类探索宇宙不变的初衷。本月，韦布空间望远镜即将正式上岗，供全球科学家观测分析。据了解，其未来一年期内的观测时间已经全数申请完毕，其中亦不乏中国科学家参与的研究项目。
　　正如王卓骁所形容，韦布空间望远镜即将重新书写人类对宇宙历史的认知，而此次拍摄，仅仅是一个丰富而震撼的开场。
　　出品：南都即时
　　采写：南都记者翁安琪杨苓妍实习生赵婧媛于子轩