130亿光年:刚刚,NASA发布了宇宙最深处的影像

北京时光 7 月 12 日早晨,美国宇航局(NASA)公布了詹姆斯・韦伯太空千里镜拍摄的第一张全彩图象,这是深空天文台的一次重要时刻,标志着其进入科学研究第一年的开始。

这是一张令人难以置信的精细图象,让我们可以从地球角度窥察宇宙最悠远星系的背景 —— 它展示了千里镜的强大能力,并为即将到来的更令人惊叹的宇宙图象提供了预告。

130亿光年:刚刚,NASA发布了宇宙最深处的影像

这张照片是 NASA 计划在本周发布的少数全彩图象之一,标志着詹姆斯・韦伯太空千里镜(JWST)科学探究任务的开始。美国总统乔・拜登和美国宇航局局长比尔・纳尔逊当地时光 11 日下午在白宫举行的特别简报会结束前公布了第一张照片。

「只是宇宙的一小部分。」

「总统先生,如果你将一粒沙子放在自己的指尖上,伸直手臂看去,(这张图片)代表的就是你所看到的宇宙的相对比例大小,」尼尔森在简报会上说。「这只是宇宙的一小部分。」

130亿光年:刚刚,NASA发布了宇宙最深处的影像

NASA 局长比尔・尼尔森(左)拿着韦伯千里镜所拍摄的第一张图象。

正如这张壮观图象所证明的那样,韦伯千里镜有望彻底改变我们已知的天体物理学。它拥有有史以来被送入太空的最大实体透镜,可以收集宇宙大爆炸后恒星和星系残留的微光,帮助我们深入了解宇宙的过去。昨天的图象是展示千里镜功能的完美案例。它显示了一个被称为 SMACS 0723 的天空地区,其中充斥着 46 亿光年外的巨大星系团,它们实际上弯曲了周围的空间和时光,揭示了对宇宙的更深层次的窥察。

拜登在昨天的简报会上说:「当我们与全世界分享这张图片时,这将是科学技术、天文学和太空探究、美国和全人类的历史性时刻。」

一波三折的旅程

这张照片的发布,意味着对于 NASA 和天文学界意义重大的韦伯千里镜的旅程进入了收获阶段。自 1996 年以来,科学家们就一直热切期待这款千里镜。詹姆斯・韦伯被认为是美国宇航局哈勃太空千里镜的强大继任者,哈勃千里镜在过去 30 多年中一直围绕地球运行,相比地球表面的天文设备,其可以更深入地了解宇宙,获得更详细的信息。

而詹姆斯韦伯千里镜,因为屡屡被耽误的工期和持续叠加的预算,在发射升空之前就已被人们冠上了「史上最贵千里镜」、「鸽子王」等称号。为了打造这只探究宇宙的眼睛,NASA、欧洲航空局、加拿大航天局等机构花了 25 年时光和近 100 亿美元。

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美国总统拜登在预览韦伯千里镜的第一张照片。

韦伯千里镜的主要任务,是调查作为大爆炸理论的残余红外线证据(宇宙微波背景辐射),即窥察昨天可见宇宙的初期状态。

为了实现更强大的解析能力,詹姆斯・韦伯千里镜的设计非常复杂。它的主镜跨度超过 21 英尺,由 18 个六边形部分组成,组合起来其功能就像一面镜子,而且必须先折叠起来才能安装在火箭上以便发射。

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韦伯千里镜被「定位」在距离地球 150 万公里的太空中,这个位置被称为「地日拉格朗日 L2 点」,相对地球和太阳位置稳定。

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经过多年的努力,詹姆斯・韦伯千里镜终于在 2021 年 12 月 25 日发射升空,并在漫长的太空之旅中幸存下来。随后它经历了为期两周的展开过程,开启了数百个活动部件,并逐个解决单点故障。在过去的六个月里,一支由工程师和科学家组成的团队一直在仔细校准千里镜的镜段和仪器。

「总而言之,这是了解我们宇宙历史的新窗口,」拜登在照片揭幕前说。「昨天,我们将瞥见透过那扇窗户照射进来的第一束光。

难以置信的第一张照片

SMACS 0723 图象的前景中显示了一片天空地区,其中包含该星系团 —— 事实上,它的体量巨大到弯曲了周围的空间和时光。这是一种被称为引力透镜的现象,其中扭曲的时空类似于放大镜,让我们有机会对星团后面更悠远的星系进行窥察。尼尔森表示,仅这张照片就包含数千个星系,其中一些星系发出的光经历了 130 亿年的长途跋涉才到终于达千里镜的这一端。

这几乎是宇宙最初的模样。

SMACS 0723 以前曾被其他太空千里镜拍摄过:

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但凭借詹姆斯・韦伯的力量和精确度,现在我们可以窥察到该地区令人难以置信的细节。虽然这张照片的色彩令人眼花缭乱,但由于原始图象是使用近红外相机(NIRCam)拍摄的,因此已经手动填充了色调。与其前身哈勃千里镜不同,韦伯千里镜擅长于窥察光谱中红外部分的光 —— 虽然对于人类肉眼不可见,但可以使得仪器更好地窥察宇宙悠远的地区。这是因为宇宙在不断膨胀,来自最早的恒星和星系的光在穿越深空时波长会被拉大(红移)。当很多光线到达地球时,已经被延伸到了光谱的红外部分。

可见光到红外线频段是人们窥察深空研究的重点,大爆炸后残留的红外线已经在宇宙中传播了 138 亿年,蕴藏着宇宙最初的奥秘。

昨天公布的图象实际上是经过合成的:其结合了由多种波长的光组成的图象,这些图象由韦伯千里镜在总共 12.5 小时内收集得来。据美国宇航局称,哈勃拍摄的一些最深的宇宙图象需要数周才能成像。

最后,这张照片只是一系列新发布的预告。NASA 表示,其余图象将于美国东部时光 12 日上午 10:30 在预先计划的新闻发布会上发布。其中预计会包括令人惊叹的星云、星系和太阳系外行星大气中光的分解照片。

参考内容:

https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2022/nasa-s-webb-delivers-deepest-infrared-image-of-universe-yet

https://www.theverge.com/2022/7/11/23202949/nasa-jwst-first-image-joe-biden-universe-deep-field

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