詹姆斯·韋伯太空望遠鏡徹底改變了我們看待太空的方式

(SeaPRwire) –   第四個周年紀念日通常不是慶祝的理由，但對於2021年12月25日發射的James Webb Space Telescope (JWST)來說，這個周年紀念日標誌著一個重要的轉折點。

到目前為止，JWST一直處於探索模式。它耗時一代人的時間建成（成本為 ），是歷史上最強大的望遠鏡，能夠以前所未有的距離和細節水平進行觀測。

但與任何重大的新科學儀器一樣，天文學家需要先看到JWST的實際運作，才能回答未來數十年推動研究的基本問題：我們能看到宇宙的多少部分？

JWST建基於哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）自1990年發射以來取得的進展。哈勃主要透過光譜的可見區域觀測太空——也就是我們眼睛進化後能看到的部分。然而，JWST主要以紅外線觀測，使其能夠穿透宇宙塵埃、觀測較冷的天體，並窺探早期宇宙。

由於光速是有限的，觀測越遙遠的天體意味著看到越久遠的過去。並且，由於宇宙膨脹——空間本身的膨脹——將最遙遠天體的可見光拉伸成紅外線，JWST能夠搜尋宇宙大爆炸後約1億年的第一批光源。

四大前沿領域

美國天文學家Edwin Hubble是哈勃太空望遠鏡的命名由來，他在1936年曾說：「天文學的歷史就是視界不斷後退的歷史。」NASA在European Space Agency和Canadian Space Agency的協助下，已確定了四個這類視界——也就是他們設計JWST要跨越的前沿領域。

第一個前沿領域是伽利略在17世紀早期跨越的：當時他將一個原始的透視管（我們現在稱之為望遠鏡）指向夜空，彌合了過去難以跨越的天與地之間的古老鴻溝。透過發現地球繞太陽運行而非相反的證據，伽利略含蓄地將地球重新定位為行星系統中的另一個成員。

現在，多虧了JWST，太陽系的深層歷史逐漸清晰。透過研究海王星（最遙遠的行星）以外眾多冰凍天體的表面化學成分，JWST研究人員可以追溯整個太陽系的誕生與演化。同時，在小行星帶（木星與火星軌道之間的「碎片」帶）中發現水，提出了一種可能性：彗星並非唯一為地球原始大氣層播撒生命所需成分的天體。

但我們的太陽只是一顆恆星。太陽系視界之外，是銀河系中數千億顆其他恆星，其中許多擁有行星系統。天文學家正利用JWST取樣處於不同發展階段的系統——從最初聚集氣體和塵埃、最終將凝聚成軌道天體盤的原始「原恆星」，到像我們太陽系一樣（或與之不同）的完全成熟的行星系統。

JWST在一個又一個行星系統中發現了一種不同於我們太陽系的行星。我們的 太陽系歷來分為兩類：氣態巨行星（木星、土星、天王星、海王星）和小型巖石行星（水星、金星、地球、火星）。但多虧了JWST，我們現在知道其他行星系統包含天文學家所謂的迷你海王星（巖石核心周圍有氣體）或超級地球（也許是擺脫了大氣層的迷你海王星）等變體。

但我們的銀河系只是一個星系。正如天文學家哈勃在1920年代所發現的，那個視界之外還有其他星系。與銀河系中的行星系統一樣，天文學家也利用JWST取樣宇宙中處於不同發展階段的星系——從氣體雲到氣體雲碰撞，再到恆星誕生和死亡。其中一些死亡事件——恆星爆炸（即超新星）——也許有助於解釋困擾天文學家半個世紀的問題：宇宙中的塵埃似乎比天文學家所能解釋的更多，但這些塵埃必定來自某處。那個來源會是超新星嗎？初步研究結果令人充滿希望。

超新星本身為宇宙演化提供了另一條線索。科學家自1950年代以來就知道，由於熱核力量撕裂並重組物質的基本組成部分，一代又一代的超新星創造出越來越重的元素。從誕生之初，JWST的最終目標就是找到第一批「原始」星系——除了氫和氦之外沒有其他元素的星系。為了實現這一目標，JWST必須跨越可見光哈勃太空望遠鏡無法跨越的視界：宇宙大爆炸後約10億年的界限。

到目前為止，JWST已能夠觀測到宇宙大爆炸後3億年的星系、超新星和黑洞。儘管這看起來是一段很長的時間，但在137億年曆史的宇宙中，這只不過是一瞬間。

而JWST的研究人員才剛剛開始。他們預計JWST計畫將持續到2040年代。這意味著還有更多周年紀念日。我們應該希望所有這些周年紀念日都像這次一樣值得慶祝。