Сегодня утром по-настоящему началась следующая великая эра астрономии. После почти трех десятилетий проблемной разработки и 10 миллиардов долларов расходов, захватывающего запуска на Рождество в 2021 году и напряженных полугода деликатных приготовлений в глубоком космосе, космический телескоп Джеймса Уэбба наконец-то представил полный набор первых полноцветных изображений. Президент Джо Байден лично предложил предварительный просмотр вчера вечером из Белого дома, представив то, что суждено стать самым знаковым изображением из этого набора.
«Эти изображения напомнят миру, что Америка может делать великие дела, и напомнят американскому народу – особенно нашим детям – что нет ничего за пределами наших возможностей», – сказал президент Байден во время мероприятия. «Мы можем видеть возможности, которых никто никогда не видел раньше. Мы можем отправиться в места, где никто никогда не бывал раньше».
Уэбб, построенный NASA, а также космическими агентствами Европы и Канады, спорно назван в честь бывшего администратора NASA, и это самая мощная внеземная обсерватория, когда-либо построенная. Но на какое-то время обсерватория стала скорее жестокой шуткой среди астрономов: технические требования к ее разработке настолько сильно вывели проект за рамки бюджета и графика, что многие подозревали, что он вообще никогда не будет запущен. Теперь он обещает произвести революцию в нашем понимании космоса во время миссии, которая может продлиться до 2040-х годов. Каждое из последних изображений телескопа задействовало мощь как минимум одного из четырех основных инструментов Уэбба, а также его гигантское 6,5-метровое сегментированное первичное зеркало, состоящее из 18 шестиугольных плит из позолоченного бериллия размером с журнальный столик, которые сложились вместе, как оригами, чтобы поместиться в ракете Ariane 5. Расположенный в 1,5 миллионах километров от Земли и защищенный многослойным солнцезащитным экраном размером с теннисный корт, комплект телескопа охлаждается почти до температуры космического вакуума. Это глубокое замораживание позволяет ему видеть—или, скорее, чувствовать—инфракрасное свечение далеких галактик, близлежащих планет и всего, что между ними.
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
早在今天正式釋出影像之前，早期拍攝的圖片用於指導韋伯複雜的深空除錯，暗示了天文臺令人驚歎的能力。韋伯的工作主力儀器近紅外相機 (NIRCam) 獲得的恆星簡單快照，也意外地包括了 1,000 多個“搶鏡”背景星系，這些星系太微弱了，根本無法在任何其他天文臺的光學系統中簡單地遊入視野。NIRCam 的首席研究員、亞利桑那大學的瑪西婭·瑞克說，這些和其他初步測試表明，“韋伯的所有儀器的靈敏度都達到了甚至超過了我們的預測”，並且其鏡面的效能也同樣超出了預期。瑞克說，有了這些新影像，“我們現在看到，科學回報可能會比我們敢於希望的還要大。”
並排比較顯示了韋伯望遠鏡在近紅外光（左）和中紅外光（右）下對南環狀星雲的非常詳細的觀測結果。該星雲距離地球 2,000 多光年，由垂死恆星噴射出的氣體和塵埃殼組成，在每張影像中都可以在星雲核心附近看到。
圖片來源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
所有目光都集中在韋伯身上
這些首批科學影像旨在展示韋伯宇宙視野的廣度和深度，同時也作為令人著迷的視覺享受，確實沒有讓人失望。其中包括前所未有的詳細船底座星雲檢視——一個動盪的恆星育兒所，距離地球約 7,600 光年，被大質量恆星短暫而耀眼的生命照亮——以及南環狀星雲的肖像，一個距離地球 2,000 多光年的垂死太陽，將其富含元素的外部層噴射出來，形成湍流的熾熱氣體雲。天體創造和毀滅的迴圈在來自約 2.9 億光年外的其他影像中繼續，這些影像捕捉到了斯蒂芬五重星系的相互作用星系，當它們緩慢合併成一個更大的星系時，這些星系在巨大的星系間衝擊波中引發了強烈的恆星形成爆發。
韋伯望遠鏡看到的斯蒂芬五重星系的相互作用星系，距離地球約 2.9 億光年。這個馬賽克覆蓋了月球直徑的五分之一，由近 1,000 張獨立的影像構成，揭示了這個星系群前所未有的細節。
圖片來源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
但韋伯大膽的科學野心的全部範圍最好透過另外兩張影像來揭示——一張引人注目，一張微妙。
微妙的一張是光譜——本質上只是一系列彎彎曲曲的峰谷，記錄了各種波長的光如何穿過 WASP-96b 的高層大氣，這是一顆灼熱的系外行星，質量只有木星的一半，每 3.4 天繞一顆距離地球 1,000 多光年的恆星執行一週。NASA 戈達德太空飛行中心韋伯系外行星科學專案副科學家尼科爾·科隆說，這種光譜根本不是影像，但可以揭示物體的整體成分。“韋伯將提供系外行星大氣層的首個相對高解析度的紅外光譜，開啟系外行星表徵時代的新篇章，”她補充道。
韋伯望遠鏡拍攝的一張影像揭示了船底座星雲（一個巨大的氣體和塵埃聚集體，距離地球約 7,600 光年）中數百顆以前看不見的新生恆星。
圖片來源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
太空望遠鏡科學研究所的韋伯專案科學家克勞斯·龐託皮丹說，天文臺計劃第一年觀測的全部時間中有 70% 用於獲取宇宙中所有目標物體的各種光譜。這些測量的大部分將繪製星系在宇宙時間和整個銀河系中散佈的恆星和行星形成盤中的化學演化圖。但有些測量將改為記錄少數附近恆星周圍小型溫帶世界的光譜，以探測與宜居性和生命相關的 атмосферный углекислый газ, водяной пар, метан и другие соединения. Хотя это и маловероятно, один из с трудом полученных спектров Уэбба в принципе мог бы предоставить первое убедительное доказательство того, что мы не одиноки в космосе.
韋伯望遠鏡對系外行星 WASP-96b 的光譜，疊加在 иллюстрации сверху. Спектр раскрывает наличие водяного пара, а также облаков и дымки в атмосфере этого газового гиганта, который вращается по выжигающей 3,4-дневной орбите вокруг звезды, находящейся примерно в 1000 световых годах от Земли.
圖片來源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
Первое изображение, поражающее больше всего, имеет мало общего с поиском внеземной жизни, но все же настолько впечатляет, что соблазнило Белый дом на изменение планов в последнюю минуту, позволив президенту Байдену разделить славу обсерватории, представив ее миру на день раньше, чем первоначально планировало NASA. Это изображение, снятое NIRCam, представляет собой «глубокое поле» Уэбба, наблюдение SMACS 0723, переполненного региона космоса, усеянного галактиками, словно драгоценными камнями на черном бархате. Большинство этих галактических драгоценностей находятся на расстоянии более четырех с половиной миллиардов световых лет, но они являются отвлекающим фактором на переднем плане от истинного сокровища, которое можно найти в тусклых, искаженных формах, скрывающихся в темноте за ними. Все изображение, заполненное галактиками, охватывает участок неба размером примерно с песчинку, удерживаемую на расстоянии вытянутой руки. (См. версию с высоким разрешением и возможностью масштабирования здесь.)
Созерцая космический рассвет
Совокупная масса скопившихся галактик SMACS 0723 настолько велика, что она искривляет окружающее пространство, образуя пузыреобразную «гравитационную линзу», через которую более тусклый свет гораздо более далеких фоновых галактик—возможно, среди самых первых светящихся объектов в космосе—искривляется и увеличивается в поле зрения. Такие изображения делают Уэбба скорее машиной времени, чем телескопом, поскольку, создавая их, он собирает свет из далеких эпох, посланный всего через несколько эпохальных моментов после Большого взрыва, во время так называемого «космического рассвета», когда, как считается, сформировались первые звезды и галактики. Космический телескоп Хаббл и другие предшествующие установки делали аналогичные изображения, но им не хватало чувствительности для обнаружения тех самых далеких галактик, которые Уэбб может видеть в большом количестве. Эти объекты кажутся не только по своей сути тусклыми и крошечными в небе, но и лежат так далеко в прошлом, что последующее расширение Вселенной само по себе растянуло, или «красное смещение», длины волн излучаемого ими света в инфракрасный диапазон. Они являются неуловимой добычей, на которую Уэбб был предназначен охотиться с самого начала проекта в малоизвестном техническом отчете 1996 года, в котором он упоминался после Хаббла просто как космический телескоп следующего поколения.
瑞克說，要知道韋伯在 SMACS 0723 深場中看到了多遠，還需要進行額外的觀測來測量每個引力透鏡星系的紅移。但已經確定的是，這是迄今為止宇宙最深、最清晰的紅外影像——幫助創造它的人們並沒有忽視這一事實。NASA 科學任務理事會副局長托馬斯·祖爾布肯在釋出前幾周的新聞釋出會上神秘地提到了這張影像，他說，觀看韋伯的第一批視覺化影像幾乎讓他感動得落淚。
龐託皮丹負責下載然後將韋伯的原始資料分發給準備其首批影像的 30 人團隊，他是第一個看到 SMACS 0723 深場的人。在短暫的時間裡，他從家裡的辦公室凝視著宇宙發光深淵，比以往任何地球人都看得更遠。“我可能花了整整兩個小時只是盯著它，”他回憶道，“坐在我家的地下室裡，對著電腦螢幕，感覺在這個世界上非常孤獨。”當團隊其他成員在一次面對面的集體會議上看到這張照片時，它引起了類似的寂靜。“這很感人，”龐託皮丹說。“房間裡的所有人都沉默了很長時間。”
看到這張影像——即使只是片刻，迷失在它深不可測的星系深處——就能體會到我們已經走了多遠。用戈達德望遠鏡天文臺經理基思·帕裡什的話說，韋伯在技術上是如此令人生畏，以至於它“不想存在”。然而，它當然堅持了下來，在長達數十年的通往發射臺的道路上倖存了無數次瀕臨死亡的經歷，然後在一切不利因素下，成功地在地球之外經歷了一系列成敗攸關的部署。觀看它的第一張專用深場影像，揭示了一段更加史詩般的旅程，並且帶有某種可以稱之為神聖色彩的東西：瞥見那些新生星系，它們閃耀著第一批恆星的光芒，我們看到了我們最早的宇宙祖先從虛空中出現，將萬物的形狀——銀河系、太陽、地球和我們——潛在地蘊藏在他們古老的威嚴之中。恰如其分的是，一個人對韋伯的起源瞭解得越多——以及它揭示的關於我們起源的資訊越多——它的存在和我們自己的存在就越顯得神奇。對於那些能夠感知到它的人來說，這種知識的巨大分量落在一個無言的沉思空間中，讓內心像任何佈道或讚美詩一樣容易顫抖。
“天文 имеет врожденную способность заставлять нас мыслить масштабнее—мыслить вне себя и рассматривать свое место во Вселенной», — говорит Эмбер Страун, заместитель научного руководителя проекта Уэбб в Годдарде. «Исследования и открытия затрагивают что-то глубоко внутри каждого из нас—они являются ключевыми частями того, что делает нас людьми. Этот телескоп изменит наше понимание Вселенной способами, о которых мы даже не мечтали».
未來的道路
龐託皮丹異想天開地說道，天文臺的成功駁斥了對我們當前地球時刻處於某種假想多元宇宙中最黑暗的時間線的悲觀、過於普遍的評估。“韋伯的發射和早期除錯到現在可以看作是兩個截然不同的世界之間的分界線，”他說。“有一個世界，我們向這個複雜的摺紙天文臺投入了 100 億美元，結果它在一個巨大的慘敗中自行坍塌了。然後是我們現在非凡地居住的世界，在這個世界裡，這個東西實際上奏效了！我們從韋伯——從整體天文學——走向何方，將走向一個非常不同的地方。”
正如幾乎每位 астроном охотно напомнит вам, преобразующая миссия телескопа едва только началась. «Одно дело предсказать его мощь, но другое дело увидеть, что Уэбб может произвести почти даже не пытаясь», — говорит Колон. «Эти первые изображения лишь царапают поверхность того, на что способен Уэбб».
龐託皮丹指出，哈勃最深的宇宙影像花了 14 天的專門時間盯著天空中的同一個位置。韋伯創紀錄的深場影像——以及今天釋出的所有其他影像——總共只用了五天的觀測時間。“你知道，我們並沒有試圖搶先任何人或製作永遠最深的場，”他說。“無論我們做了什麼，其他使用韋伯的科學家現在都會做得更好——而且很快。”
戈達德望遠鏡的運營專案科學家簡·裡格比說，這種驚人的速度使韋伯“成為一輛在馬車世界中製造的布加迪跑車”。
«Это как разница между путешествием со скоростью три и 300 миль в час», — говорит она. «И теперь мы собираемся вывести эту штуку на гоночную трассу. Так насколько глубоко, насколько далеко мы можем зайти, когда мы заведем его на полную мощность и поднажмем? Я так же взволнована этими первыми изображениями, как и все остальные, но мое сердце с тысячами и тысячами часов отобранных на конкурсной основе и прошедших экспертную оценку научных исследований, которые мы собираемся предпринять в первый год наблюдений Уэбба».