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宇宙大爆炸后一瞬首次清晰拍到!造价百亿美元的韦布望远镜首秀

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zxw88 发表于 2022-7-23 15:41:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
 
杨净 丰色 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
二十多年的努力,斥资100亿美元的史上最强太空望远镜——
詹姆斯·韦布(James Webb),刚刚公布了迄今为止宇宙最深处的照片。
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这是韦布的开始——发布的首张全彩图像,也是人类窥视宇宙大爆炸的开始。
拍摄的这个星系团SMACS 0723,距离地球46亿光年,其大小相当于将你指尖的一粒沙放在一臂远的地方。
据NASA局长Bill Nelson透露, 仅在这张照片就有成千上万个星系,其中一些星系发出的光经过了130亿年才到达望远镜的镜面。
要知道,宇宙大爆炸也才距今138亿年左右。据《科学美国人》形容,现在看到的光,只不过是当时大爆炸之后的一瞬。
天文学家预计,韦布将填补我们已知历史中的一个神秘空白宇宙——大爆炸后的第一个4亿年,并将确定可能存在外星生命的遥远世界。
有网友感叹:人类从未如此遥远、如此清晰地看到宇宙深处。
除此之外,还有人感受到了人类之渺小,宇宙之浩瀚。
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而作为哈勃望远镜的继任者,自然就少不了他们两者的对比。
有网友贴心地做了动图,感叹:这100亿美元没白花
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这种清晰度是如何做到的?

事实上,这个星系团此前就已经被太空望远镜拍过。只不过韦布望远镜达到了惊人的清晰度,以及透露了这块区域的更多细节。
而实现的这种精度,是此前哈勃太空望远镜远远不能达到的。若是更具象一点,据多个媒体报道,强大了一百倍。
核心功臣,是比哈勃大六倍的主镜
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它有18片六边形镜片组成,每块约重20公斤。
其口径约6.5米(哈勃约2.4米),面积可达25.4平方米。
集光区域更大,也就意味着更遥远星系的光被接受进来。
加之镜片是由高纯度的金属铍制成,这样就可以做到表面几乎做到绝对光滑。
其次,就是观测波段不同
韦布集中在红外波段观察宇宙,哈勃则主要观测的是紫外光和可见光。
对于最初形成的恒星和行星,他们往往会隐藏在吸收可见光的尘埃云后面。但这些区域发出红外光却能穿透这层笼罩,揭示其内部信息。
因此红外光波对观察宇宙深处非常重要。
最早的恒星和星系发出的光在穿越深空时伸展开来,当它到达地球时,光线已经延伸到光谱的红外线部分。
而为了更好地接受红外光波,韦布镜片上涂满了金色。
再者,就是轨道不同。韦布是在第二拉格朗日点L2,即距离地球150万公里处绕太阳运行;哈勃则是绕地球运行。
选这个点是因为它受到地球和太阳引力之和刚刚好,能让望远镜和地球同步绕太阳公转;还能始终保持太阳、地球、月球在望远镜的同一侧,从而屏蔽这些热源的干扰。
除了“如何做到如此清晰”之外,网友们还有几点疑虑。
比如,出现了一些弯曲的天体。
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NASA官方也给出了解释,简单来说就是引力透镜效应。
虽然这种图显示的是一片天空,但实际上有远近不同的巨大星系。大质量物体(星系团)的引力来放大或弯曲较小物体(星系、恒星或系外行星)的微弱光。
还有照片上出现了六角星芒,中间还横着了一个杠。
这是因为韦布是个反射望远镜。六角衍射星芒正是因为由于主镜六边形镜片边缘引起的,而横着那一道则是来自于副镜支架。
换言之,这可以说算是是韦布拍摄的特有标识。
另外,还有一个此次工作人员强调“嘚瑟”的点。
那就是这张图是由不同波长的图像合成的,仅用时12.5个小时。要是用哈勃太空望远镜来拍摄,则可能想需要数周的时间,而且还没有那么多细节。
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如今这样的表现,背后却是一段“一鸽再鸽”的辛酸史。
造价100亿的韦布望远镜

事实上从诞生之日起,韦布的目标就是向宇宙深处迈进——
“回溯”到宇宙大爆炸早期,寻找大爆炸后在宇宙中形成的第一批恒星和星系的光。
它是迄今建造的最大、功能最强的空间望远镜。
由美国国家航空航天局(NASA)、欧洲航天局(ESA)和加拿大航天局(CSA)的国际合作项目,由美国29个州及14个国家的300多所大学、研究机构以及相关公司的数千名工程师和数百名科学家共同完成。
有意思的是,韦布的历史,号称“一代鸽王”
早在哈勃升空(1990年)的前一年,就有科学家提出要建一个可以观察中红外光谱区域的空间望远镜。
它的名字在2002年敲定,为了纪念NASA第二任局长和阿波罗计划的主要发起者——詹姆斯·韦布。
原计划耗费5亿美元并于2007年发射升空。但由于各种原因,导致项目严重超支,发射时间数次推迟。
2004年,它的设计图经过多次修改基本完成,一些零件开始制造。
其发射日期最初预计是2007~2011年,但因经费爆炸(最开始设置的红线为80亿美元)和技术问题曾推迟到2014年,后又一度推到2018、2019年。
终于在去年12月,经过十年多的等待,“鸽王”完成了最终测试,起飞了。
当然,本来预计22号飞,但由于天气原因又“鸽”了3天。
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在耗时30天、航行了146万公里并在路上完成“睁眼”(镜面完全展开)后,“鸽王”韦布于今年1月底到达了“栖息地”:日地第二拉格朗日点L2。
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至此,这个耗资100亿美元、被网友戏称为“外星偷窥设备”的家伙正式开始服役。
经过几个月的镜片对齐、校准,以及设备调试,韦布如约在这个夏天传回来了它的第一张照片,证明了自己的“厉害”、以及“确实好使”
它的使命,具体来说是帮助科学家回答以下七大宇宙谜题
1、宇宙中第一颗恒星什么时候、在哪里形成?
2、超大质量黑洞的起源是什么?
3、暗物质是冷的吗?
4、大质量恒星如何爆炸成超新星?
5、像地球这样的行星上的水是从哪里来的?
6、最有希望的系外行星可以孕育生命吗?
7、 宇宙膨胀率是否打破了目前的宇宙学模型?
按照计划,韦布将运行10年,不过NASA表示,其实完全可以支撑20年。
值得一提的是,由于韦布离地球实在太远,并不能像哈勃那样派人去修,只能派机器人去补充燃料。
ps. 哈勃已经运行了32年,曾发生过多次死机,最近的一次是去年,现在仍在服役。
今晚十点半,还有4张照片要放出

毋庸置疑,韦布的这张照片是我们人类迄今为止看到的最遥远、最清晰的宇宙成像。
它集成了众多科学家们二十多年来集体努力的结晶。
有网友表示,“原图值得慢慢欣赏”、“我只想静静地说一句‘好美’”……
还有人发出这样的感叹:
如此广袤深邃的宇宙,如果不存在外地文明实在可惜。
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不过,正如一些航天爱好者所说,这张照片只是一道开胃菜。
就像哈勃望远镜帮我们破解暗物质等众多宇宙之谜一样,韦布也将带我们再次一窥隐秘的太空,使我们能够对它进行更加深入的观察,发现一些更加难以置信的东西,不断打破人类已有的宇宙认知。
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最后的最后,提醒大家:北京时间今晚10点半,NASA还会公布韦布拍的剩下4张照片,包含船底座星云、系外巨行星WASP-96 b,南环状星云NGC3132和斯蒂芬五重星系。
感兴趣的朋友不要错过。
参考链接:
[1]https://twitter.com/thechosenone823/status/1546621736648675328
[2]https://www.nasa.gov/webbfirstimages
[3]https://www.jwst.nasa.gov/content/about/comparisonWebbVsHubble.html
[4]https://www.theverge.com/2022/7/11/23202949/nasa-jwst-first-image-joe-biden-universe-deep-field
[5]https://www.scientificamerican.com/video/see-the-oldest-view-of-our-known-universe-just-revealed-by-the-james-webb-space-telescope/

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