距離地球150萬公里的望遠鏡到底拍到了什麼？_風聞

我想很多人都曾幻想過回到過去。

甭管是回到昨天去買今天剛公佈的中獎彩票號碼，還是趕在2000年前在北京二環買個四合院；抑或是阻止曾經犯下的過錯，避免當下的遺憾。

能回到過去，總歸是一件能讓人生變得更好的手段。

愛因斯坦的狹義相對論告訴我們，運動速度越快，（相對）時間越慢；速度達到光速，時間停止。那麼……當速度超過光速呢？時間不就倒流了嗎？

理想很豐滿，現實很骨感。這倒不是由於技術限制我們無法超光速，而是因為相對論還説過：光速不可逾越。

光速是物質運動速度的極限，任何追趕光速的過程都會被急劇增加的質量所限。你越接近光速，你的質量就會變得越大，直到你的引擎再無法將速度提升分毫。

這種看似無理的“黑箱”操作時刻提醒着人們，穿越重生只能出現在小説或影視作品裏，歷史已經發生，當下已經確定。這不是悲觀的宿命論，而是嚴格的科學時空觀。

但是，過去真的是不可“觸碰”的嗎？

2022年下半年，位於距地球約150萬公里的日地L2拉格朗日點的詹姆斯·韋伯望遠鏡，發現了一顆在宇宙大爆炸後1億年誕生的星體JADES-GS-z13-0，成為了人類迄今為止觀測到的最古老的“宇宙往事”。

為什麼説是“往事”呢？因為我們現在看到的JADES-GS-z13-0，並不是它如今的樣子，而是它在約136億年前發出的光，經過136億年的飛行，跨越336億光年的距離（宇宙暴漲導致距離增大），最終被韋伯望遠鏡捕捉到的。

這就像月球距離地球約39萬公里，月光傳到地球大約需要1.3秒。我們仰望天空時，看到的其實是1.3秒前的月亮。

換句話説，我們通過韋伯望遠鏡，看到了宇宙的過去，它的“嬰兒”時期。

大家好，我是Hugo，今天，我們就來談談有史以來最先進的太空紅外望遠鏡——詹姆斯·韋伯，以及它所承擔的科學任務。

０１

2021年12月25日，歐洲航天局（歐空局）的阿麗亞娜5號火箭在法屬圭亞那庫魯點火發射，將詹姆斯·韋伯望遠鏡送入了太空。

經過一個月的飛行，2022年1月24日，韋伯望遠鏡飛抵了最終的工作地點——150萬公里外的拉格朗日點。

2022年7月11日，美國總統拜登在白宮揭曉了韋伯望遠鏡拍攝的第一張深場照片（Deep-Field，部分天空照），榮膺迄今為止拍攝到的最高分辨率的早期宇宙圖像。

這張照片容納了以SMACS 0723（飛魚座的一個星系團）為中心的一小塊區域。它位於地球的南部方位，其中可見數千個星系，最古老的已有131億年的歷史，是宇宙誕生早期的產物。

韋伯的前輩，名聲在外的哈勃望遠鏡也曾在1995年拍攝過這個角度的深場照片，但二者成像效果的對比頗為強烈。

造成這種明顯差距的原因，除了有技術進步帶來的成像素質提升外，技術路線的不同也是重要因素。它們一個側重於紅外拍攝（韋伯），一個側重於可見光（哈勃）。

韋伯望遠鏡上的紅外相機能對600—28500納米波長範圍的光成像，哈勃上的寬視場行星相機（WFPC2）的可成像波長範圍則是90—2500微米。

很明顯，後者的成像範圍更窄，宇宙中的很多細節自然無法拍到。

另一方面，紅外光相比於可見光的波長更長，穿繞能力也更強，這意味着遙遠星體發出的紅外光能穿過宇宙塵埃或行星的阻礙，被望遠鏡捕捉到。

可見光與近紅外成像的效果差別[8]

當然，事物皆有兩面性。想要利用韋伯望遠鏡的高成像能力，就必須把它送到一個能發揮自身效用的地方。

首先，這個地方必須遠離地球，因為任何有温度的物體都會輻射紅外光，這勢必干擾望遠鏡對遙遠星體的成像。

其次，這個地方必須好控制。由於太陽這個巨無霸存在，遠離地球的望遠鏡會受到它的引力影響。倘若位置選的不好，必然增加望遠鏡飛行的控制難度。

那麼，哪裏合適呢？拉格朗日點。

在天體力學中，拉格朗日點是小質量物體在兩個大質量天體的引力影響下的平衡點。它是衞星軌道的絕佳位置，因為只需很少的修正行為就可保持穩定的飛行軌道。

日地之間有5個拉格朗日點，其中與地球最近，受太陽輻射干擾最小的是150萬公里外的L2點。

韋伯望遠鏡工作的地方便選到了那裏。與之相比，在500多公里高的近地軌道上運行的哈勃望遠鏡，也算得上是在自家門口工作了！

不過，這還沒完。為了捕捉遙遠天體的紅外信號，韋伯望遠鏡的最佳工作温度是50K (−223℃)以下。

然而，即便是遙距地球的拉格朗日點也無法徹底隔絕太陽、地球甚至月球的能量輻射。當這些輻射照到望遠鏡上後，產生的熱量會將接收到的信號完全淹沒。

為了解決這個問題，韋伯背上了一面由五張薄帆組成的遮陽罩。

這些帆是表面鍍了100nm鋁層的聚酰亞胺薄膜（Kapton E），其中面向太陽的一層厚度僅為0.05mm，其他四層厚度僅為0.025mm！

它們極致輕薄，尺寸卻達到了驚人的21×14 m2，約有一個網球場大小！

觀測端和直面太陽端

在遮陽罩的保護下，韋伯的主鏡——由18個六邊形鈹鍍金反射鏡組成的、直徑達6.5 m的“大鏡子”，就可以將遙遠深空中的光聚集起來，反射到直徑為0.74米的次級鏡面上。

然後，次級鏡面再將光線反射回主鏡中央的紅外探測器中。經過長時間的曝光記錄，再加上一些PS上色技術，就得到了我們所看到的絢麗多彩的深空影像。

０２

韋伯拍攝的首張深場照片裏可見48個星系，它們距離地球都在百億光年以上，年齡也都在數十億至一百多億歲。它們如今可能已不復存在，但它們發出的光依然在宇宙中穿行。

觀看這些古老星系，其實就是回溯宇宙的歷史，它們讓我們看到宇宙早期的樣子。而韋伯望遠鏡的首個科學任務，就是搜索宇宙大爆炸後第一批恆星和星系的光。

NASA在這張照片裏標註了4個星系，其中最年輕的有113億歲，最古老的則有131億歲，也就是誕生於宇宙大爆炸的6億年後。

與之相比，我們的太陽和地球就年輕得多了，它們分別只有45.7億年和45.5億年的歷史。

對於地球來説，測個年齡還是比較方便的，因為我們可以通過放射性同位素測年法來估算岩石的年齡。

放射性元素的原子核不穩定，會自發衰變成其他元素。這種衰變的速率是穩定的，可以用來確定從衰變開始的時間，也就是多久以前。

不出意外的話，石頭有多老，地球就有多老。畢竟，《三體》末日裏的羅輯也要把文字刻在石頭上。

類似的，測量太陽年齡的辦法也可以從岩石入手。雖然太陽是個燃燒的大氣球，但太陽系極有可能是作為一個整體形成的，也就可以認為太陽系中最古老的岩石和太陽的形成年代相近。

除此之外，還有一種從太陽本身出發的測量方式。科學家通過建立標準太陽模型（SSM），導出描述恆星結構的方程式，再結合測量的太陽亮度、半徑、成份、氦丰度等參數，來計算太陽的年齡。

事實上，無論是太陽系中最古老的岩石（月球隕石）還是太陽模型，都指向了一個相差無幾的結果——太陽約有45億歲。

當然啦，測量日地年齡的方法雖然有效，但應用場景限。對於那些遠在百億光年外的星系，科學家又是如何測量出它們的年齡的呢？

用光。

由於宇宙的持續膨脹，遙遠星系會加速遠離地球，它發出的光的波長會被拉伸到更長、更紅的狀態，也就是紅移現象。

這與聲學裏的多普勒效應類似，當發聲的物體遠離（靠近）你時，你聽到的聲音會更渾厚（尖鋭），也就是頻率變得更低（高），波長更長（短）。

因此，通過量化紅移的程度，我們便可以獲得一個重要信息，那便是星系遠離地球的速度。

量化需要對比星系發出的光和我們“身邊”的光，例如太陽光的光譜特徵。

光譜指的是不同頻率的光依次排列而出的圖案，其既包括可見光，也包括不可見光（紅、紫外線。）

不同頻率的光可以對應到不同元素的不同躍遷能級。例如，當氫原子的核外電子在不同能級間發生躍遷時，便能發出多條特徵譜線。

氫原子譜線

因此，在我們對比星光和陽光之間的氫譜差異後，便能得知星光的紅移程度。

紅移程度通常用z表示，其定義為：

分子上的第一個λ表示觀測到的星光特徵波長，第二個λ表示陽光特徵波長。

遙遠星系光譜中的特徵線（下）相比於太陽光譜的特徵線（上）的紅移程度**。**

有了z後，再結合多普勒公式和狹義相對論，便能得出紅移與星系速度v的關係。

c是光速，γ是與速度有關的參數

而根據哈勃定律公式v=H·D（H是哈勃常數），星系相互遠離的速度v與它們之間的距離H成正比，即星系距離地球越遠，它遠離地球的速度越快。

哈勃定律的形象演示

因此，得出速度v後，也就得到了星系與地球的距離。進而，星系遠離地球的時間，或者説它的年齡下限也就有了着落。

根據參數化的大爆炸宇宙模型Lambda-CDM Model，星系年齡與它發出光的紅移程度有個曲線關係：

基於這個關係，截至目前，科學家從韋伯望遠鏡拍攝的第一張深場照片中測得的紅移最大值為8.489，對應的年齡約為131億歲，也就是這塊星系。

至此，我們僅僅通過測量光譜，就算出了數百億光年外的星系年齡。非常的神奇。

當然，這還只是開始。

在第一張韋伯圖像發佈後的兩個月後，NASA宣佈發現了迄今為止最古老的一個星系，也就是我們開頭所提到的JADES-GS-z13-0（紅移z=13.2）。

但奇怪的是，根據現有的宇宙學模型，星系不該那麼早形成。

今年4月份，一篇論文表示，這個古老星系可能根本就不是個星系，而是一顆內部含有暗物質的暗星！

暗星是一種理論上假設的天體，它在宇宙誕生的初期，也就是大爆炸後約1—4億年間出現。

那時，宇宙早期中的大量氫分子還只是“一片濃雲”，當它們質量積累到一定程度，在引力的作用下開始聚合坍縮時，雲層中的暗物質突然阻止了這一過程。

暗物質是理論上存在的一種“不可見”的物質。它們不發光，也不反光，只能通過星系間的引力效應間接證明它們的存在。

舉個例子，天文學界觀測發現后髮座星系團中的星系移動速度太快。根據理論計算，具有如此高速度的星系根本無法被引力束縛在一起！

而想要實現星系成團的結果，星系團中存在的質量至少是當時觀測到的星體質量的400倍！這也就意味着，后髮座星系團中存在大量無法被觀測到的物質，它產生的引力維持了后髮座星系團。

天文學家稱這類物質為“暗物質”。

關於暗物質是什麼有很多猜測，在暗星中，理論假設它是一種自相互作用暗物質（SIDM）。顧名思義，它們自己會和自己反應。而出現這種現象的原因在於，它們是自身的反物質！

這也就意味着，這些暗物質在相互碰撞的過程中就會發生湮滅並釋放出大量能量。

正是由於這些能量（熱量）阻礙了氫分子云的壓縮，也就阻礙了它們發生核聚變，形成一顆傳統意義上的恆星。

由於氣體無法完成壓縮，暗星通常很大。

多大呢？直徑起步就有10個天文單位，也就是1.5×10的9次方公里。

一個天文單位指的是地球和太陽之間的平均距離，大約1.5x10的8次方公里。這也就意味着，一個最小的暗星，幾乎能塞滿整個木星的軌道（半徑5.2個天文單位）！

不過，需要指出的是，雖然暗星很大，但暗物質所佔的比例很低——主要是氫和氦，暗物質只佔其中的0.1%。

科學家根據熱力學和流體力學的理論計算得出，經過持續發育（積累氫、氦元素）後，暗星能演變成超級暗星。

那時，它的質量將超過太陽的一百萬倍，亮度超過一百億倍，體積更是大到沒邊！

而這也是它在理論上能被韋伯觀測到的原因。

這類由普通物質和暗物質共同組成的恆星，可能在傳統恆星形成和繁盛之前就已經存在於早期宇宙。

同時，由於它們既大又亮，造成了一顆星就像一個星系的假象。

雖然目前還不能確定JADES-GS-z13-0就是顆暗星，但一想到有這種可能，我就心生感慨：真實宇宙的驚奇程度一點也不必漫威電影遜色啊！

０３

韋伯的第二個科學任務，是研究星系的形成和演化。

星系是個由恆星、行星、氣體塵埃以及暗物質通過引力結合在一起的系統。對普通人來説，最耳熟能詳的莫過於太陽系所處的銀河系。

銀河系是個棒旋星系（中間有道恆星組成的棒狀結構），直徑87400光年，內部有數千億顆恆星。

直到二十世紀初期，人類一直以為銀河系就是整個宇宙。到了1923年，美國天文學家哈勃觀測到了一顆遠在銀河系範圍之外的恆星——哈勃變星V1，人們才意識到銀河系並不是宇宙的全部。

V1位於銀河系的鄰居——仙女座星系內，後者同樣是個棒旋星系，但它比銀河系大得多，直徑有152000光年，包含上萬億顆恆星。

對（銀河）系外星系的發現改變了人類對自身在宇宙中所處位置的看法。從地心説到日心説，再到放棄認為銀河心説，宇宙的浩瀚一次次地衝擊着人們的認知。

如今我們知道，銀河系、仙女座星系只是可觀測宇宙中的數千億個星系之二，除了它倆這種棒旋星系，還有螺旋星系、橢圓星系，甚至各種不規則星系。  

而且，所有星系都會隨着時間的推移生長變化。

天文學家猜測，大約100億年前，宇宙中的星系還處於混亂階段，其中存在大量的超新星，還經常發生星系間的合併事件。

然而，這類活動背後的驅動力,以及如今急劇減少的原因仍然是個謎。

利用韋伯望遠鏡上的光譜分析儀器，可以幫助研究人員瞭解比氫重的元素是如何隨着星系的形成而形成和積累的。

從而有助於我們間接認識星系之間的合併細節，以及星系本身的形成過程，包括早期恆星是如何聚集在一起形成第一個星系的。

兩個正在碰撞合併中的星系

此外，幾乎每個大型星系的中心都有個超大質量黑洞，例如銀河系的中心黑洞被稱為人馬座A*，其質量是太陽的四百萬倍。

這類黑洞深刻影響着星系的活動，但人們對它們與星系之間的關係也是茫然不解。

是早期的巨大恆星坍縮成了第一個黑洞，才吸引來了其他恆星組成了星系？還是恆星先聚集在一起，然後才形成了中心黑洞？

這個問題的答案同樣需要韋伯或是其他的、未來的天文儀器去尋找。

在2022年7月12日韋伯發佈的第一批全綵圖像中，有一張名為斯蒂芬五重奏的星系團。

裏面突出了5個星系，其中2個正在以每小時數百萬公里的速度相互靠近，以至於將星系間的氣體加熱到了數百萬攝氏度，由此產生的衝擊波的範圍甚至比整個銀河系還要大！

而且不出意外的話，很多億年以後，這5個星系中的4箇中心星系（距離地球2.9億光年）將會全部合併，形成一個全新的星系。

人們正在目睹一場2.9億年前的星系大事的發生。

三週後的2022年8月2日，韋伯發佈了一張距離我五億光年的車輪星系（Cartwheel Galaxy），及其“附近”伴星系的高清紅外照片（由近紅外和中紅外照片合成）。

這個“雙環”星系由大約4億年前發生的一次星系間的高速碰撞而形成。碰撞發生在一個大型螺旋星系和一個在圖中不可見的較小星系之間。

雖然碰撞發生在遙遠的過去，但碰撞前存在的大型螺旋星系的大部分特徵仍然存在，例如其旋臂。這就使該星系好似帶有輻條的車輪，即在內環和外環之間看到的鮮紅色條紋，它的名字也就由此而來。

由於這些獨特的特徵，天文學家將其稱為“環形星系”，相比於銀河系等螺旋星系，這種結構相當少見。

在韋伯發佈的這張照片中，中心最亮的區域顯示的是巨大的年輕星團。遍佈整個車輪星系以及左上角的伴旋星系的紅色色調，則是由富含碳氫化合物的發光熱塵埃造成的。

另一方面，膨脹了約4.4億年的星系外環所經歷的事件以恆星形成和超新星爆發為主。當這個環膨脹時，它會侵入周圍的氣體並引發恆星形成。

在紅色的塵埃中，有許多藍色的斑點，它們就代表恆星形成的區域。

需要指出的是，從天體演化的角度來説，韋伯的這張照片記錄下的只是該星系的一個非常短暫的階段。由於星系內部的相互作用，它會繼續發生轉變。

韋伯則讓我們有機會深入瞭解這個星系過去發生了什麼，以及它未來將如何演變。

2023年2月，韋伯發佈了一張距離地球5600萬光年的大棒旋星系NGC1365的高清紅外照片。

它的兩個外旋臂，延申出的範圍約有20萬光年，是銀河系懸臂的兩倍大小。

在這張照片的右下部份，絲絲縷縷的紅色光暈出自星際介質中的塵埃和氣體團塊，後者組成的複雜網絡吸收了懸臂中正在形成的恆星發出的光，並將其以紅外線形式發射出來。

2023年4月，韋伯發佈了一張距離地球11000萬光年的照片，它展示了大質量恆星爆炸所產生的超新星遺蹟——仙后座A (Cas A)。

這張空間跨度達10光年的照片，為天文學家提供了清晰地認識恆星死亡後的現象的機會。

左右兩邊分別是韋伯和哈勃拍攝的Cas A

在遺蹟的外部，特別是在頂部和左側的橙紅色光暈，表示的是温熱的星際塵埃發出的光。它標誌着爆炸恆星噴射出的物質在此處撞擊了周圍的物質。

在這片遺蹟的內部，充斥着斑駁的亮粉色細絲，上面佈滿了團塊和結。它們代表了恆星爆炸後遺留的物質，很可能是混合的氧、氬、氖等元素以及其他星際塵埃。

觀測發現，即使是早期宇宙中非常年輕的星系也充滿了大量的塵埃。如果不援引超新星，就很難解釋這種塵埃的起源，超新星會在太空中噴出大量重元素（塵埃的組成部分）。

然而，現有的超新星觀測無法解釋我們在這些早期星系中看到的塵埃量。通過與韋伯一起研究Cas A，天文學家希望更好地瞭解其塵埃含量，這有助於我們瞭解行星和我們自己的組成部分是在哪裏產生的。

因為像形成Cas A那樣的超新星過程對生命的形成至關重要。它們將我們骨骼中的鈣和血液中的鐵等元素傳播到星際空間，播種新一代的恆星和行星。

０４

韋伯的第三個科學任務是研究恆星的生命週期。

恆星是人類數千年來仰望星空的原始動力，沒有它們，我們的頭頂將漆黑一片。

不對，我們根本就不會存在！

恆星是宇宙中物質原料的加工廠，如果往根上去扒的話，我們在宇宙中觀察到的一切元素，如行星、氣體、塵埃星雲，乃至人類自身，都起源於恆星。

恆星最主要的活動是聚變反應，但最“輝煌”的卻是它們的死亡過程。

當恆星的燃料耗盡，進入生命晚期時，聚變反應釋放的能量不足以抵抗自身的引力，恆星便會向內塌縮。

塌縮同樣伴隨着能量和物質的釋放，但不同質量的恆星會經歷不同的過程，抵達不同的歸宿。

如果恆星質量在10倍太陽質量以下，它在經歷過內核坍縮、外圍物質噴發後，殘餘內核的質量一般會小於1.4倍的太陽質量。

此時，內核自身的引力將與電子簡併壓力相抵消，最終達到一個新的平衡狀態，也就是恆星的末期——白矮星。

當恆星質量大於10倍太陽質量時，其在向內坍縮時會瞬間釋放巨大的能量，從而發生宇宙中最壯觀的事件——超新星爆發。

超新星能夠以高達百分之幾光速的速度噴出相當於幾個太陽質量的物質，它們四散到太空中後，便會重新組合成新的恆星、行星、小行星……。

此外，如果殘餘內核的質量處於1.4—3.2倍太陽質量之間，單靠電子簡併壓力將無法抵抗引力，內核將繼續壓縮，導致電子跌入原子核內。

之後，強力開始抵抗引力，最終達到動力平衡後的天體名為中子星。

如果殘餘內核的質量大於3.2倍太陽質量，即便是強力都無法抵抗引力！內核將坍縮成宇宙中最神秘、可怕的天體——黑洞。

它的引力是如此之大，以至於連光都飛不出去。

如今，我們對恆星不同階段的認識已經相當豐富，但仍有一些元素籠罩在神秘之中。

例如，宇宙中存在一種名為褐矮星的天體，科學家對它的特性和形成過程依然感到迷惑。因為它是一類小質量的恆星，但又可能擁有厚厚的大氣層，類似於行星。

由於它的質量不夠大，其內部無法維持穩定的聚變反應，導致温度較低，在可見光範圍內並不明亮。但這也正好給了韋伯望遠鏡上的紅外儀器提供了用武之地。

而如果我們把目光放得更古早一些，恆星最初的起點也存在懸而未決的問題——第一代恆星產生自何處？如何形成的呢？它們與我們今天熟悉的恆星又有什麼不同？

這都需要韋伯望遠鏡透過厚厚的星雲塵埃（這正是它所攜帶的紅外儀器所擅長的），從受它們的電離輻射影響過的宇宙原始氣體，甚至殘留的黑洞中，尋找早期恆星的光影遺蹟。一點點去解答。

2022年7月，韋伯發佈的首批照片中，有一張對準的是2500光年外的一片星雲——南環星雲NGC 3132。

右圖中心的紅點便是那顆白矮星

在這張近紅外照片的中心區域，幾乎只能看到一顆明亮的恆星，但實際上，在這顆正值青春的恆星的光輝下，還有一顆較暗的垂死恆星。

兩顆恆星繞着對方旋轉飛行，但是後者，在老化為白矮星的數千年的過程中，噴出了大量的氣體和塵埃層，形成了這片壯觀的星雲。

科學家在理論計算後得知，這顆垂死恆星在老化噴射之前的質量幾乎是太陽的三倍。而現在，它的質量只有太陽的60%。

沉舟側畔前方，病樹前頭萬木春。雖然那顆年輕恆星正處於演化的早期階段，但總有一天，它也會老去，噴射出自己的行星狀星雲。

這些由氣體和塵埃組成的星雲可能會在太空中傳播數十億年，之後，它或是融入到新的恆星或行星，或是徹底彌散到宇宙空間中。

説起氣體、塵埃的彌散，接下來這張照片則是相當令人震撼。

2022年10月，韋伯發佈了一張極其特殊的照片，其揭示了一個非凡的宇宙景象：一對相互繞行的恆星在外層產生了至少17個同心塵埃環。

這對恆星距離地球5000多光年，被稱為Wolf-Rayet 140。

當一顆質量是太陽的25倍以上的大質量恆星進入生命晚期時，有可能會完全失去外部的氫元素層，只剩下還有氦或更重的元素的核心。

此時，這個“星核”被稱為沃爾夫-拉葉星（Wolf-Rayet）。

恆星中最常見的元素——氫，本身不能形成塵埃。但由於沃爾夫-拉葉恆星已經失去了外部的氫，它會將內部深處的更復雜的元素，例如碳噴射出來。

這些重元素在進入太空時會冷卻，然後在兩顆恆星的星風相遇的地方被壓縮，並最終形成塵埃。

根據Wolf-Rayet 140內兩顆恆星的運行軌道，它們噴出的氣體大約每八年聚集一次。就像樹幹的年輪，塵埃環標誌着時間的流逝。

總有恆星已經老去，總有恆星還在年輕。

接下來的這張照片展現的便是一顆年齡只有10萬光年的原恆星L1527。它由韋伯在2022年11月發佈。

鑑於其年齡及其遠紅外光亮度，它被判定為0級原恆星，即恆星形成的最早階段。

L1527仍然包裹在由星際塵埃和氣體組成的濃雲中，它還不能通過氫核聚變自己產生能量，因此還算不上是一顆成熟的恆星。

目前，它的質量約為太陽質量的 20% 到 40%，形狀基本是個球形，但還不穩定，呈小而熱、蓬鬆的氣體團塊形式。

該照片中圍繞L1527的稠密的塵埃和氣體被吸引到它的中心。在此過程中，這些物質繞着中心旋轉，產生一個緻密的物質盤，稱為吸積盤。

同時，從L1527中噴射出的物質已經將上下兩端清空，形成了一個漏斗形的空腔。

隨着它的質量增加並進一步壓縮，其核心的温度將會升高，最終達到核聚變開始的閾值。那時，它將長大成“人”，開始自己穩定發光發熱的漫長一生。

今年7月，韋伯又發佈了一對比L1527還要年輕的新生恆星的照片，距離地球約1470光年，名為Herbig-Haro 46/47。

圖中紅色光柱的中部亮點其實是兩個緊密結合的恆星，它們被持續積累的氣體和塵埃盤包圍着。

光柱的兩端則是由這對恆星噴射產生的。當恆星在太短的時間內“吃”進太多的物質時，它們便會發出雙面噴流，從而損失部分質量。

Herbig-Haro 46/47只有幾千歲的年紀，但恆星需要數百萬年才能完全形成。

因此，它可以讓研究人員深入瞭解恆星是如何在一段時間內聚集質量的，從而有可能讓模擬出我們的太陽是如何一步步形成的。

除此之外，韋伯拍攝的恆星照片還有很多，但要説最宏偉的一張，還得是2022年10月韋伯發佈的距離地球約7000光年的創生之柱的新照片。

其中精細捕捉到了成千上萬億顆仍在發育中的“嬰幼兒”恆星，以及它們在數百萬年的形成過程中，噴射出的大量氣體和星雲。

正是後者的積累堆疊，早就了這番創世紀般的宏偉景象。

哈勃2014 韋伯2022

一個從生到死、向死而生的更加清晰的宇宙圖像，正在對我們徐徐展開。

０５

韋伯的第四個科學任務是研究其他行星以及生命的起源。

銀河系內有數千億顆恆星，但人類觀測到的行星數量卻遠少於恆星。

正因如此，太陽系成為了我們最理想、最豐富的行星研究場所。

幾百年來，通過對太陽系內行星的觀察，人類建立了一套自以為是的行星邏輯，那就是行星總要繞着一顆穩定的恆星轉。

不過，當人類自以為知悉了某種宇宙規律後，宇宙總能拋來一個例外，好像在指着人類的鼻子道：“你丫，圖樣圖森破。”

1992年，天文學家發現了首批地外行星，兩顆繞着脈衝星PSR B1257+12旋轉的行星，距離地球約2300光年。

圍繞脈衝星運行的行星的藝術想象圖

這個發現的驚人之處在於，以往的認知是行星只會存在於以太陽為代表的穩定的主序恆星周圍，但脈衝星是高度磁化、高速旋轉的中子星，密度極大，發射出的電磁輻射極強。

以這顆脈衝星為例，它上面的物質每立方厘米就重達一萬億噸！每秒自轉161圈！妥妥的狂暴巨獸啊！

但誰能想到，還就有行星繞着它轉啦！

自那之後，天文學家意識到，與行星有關的奧秘可能比我們想象的要複雜得多、離奇得多。例如，行星是如何在如此特殊的場景下形成的？

有假説認為圍繞PSR的兩顆行星是白矮星合併成脈衝星後的副產品，合併過程中拋出的物質在恆星軌道上聚集，最終形成了它們。

可真相果真如此嗎？目前還未可知。

2016年，天文學家發現了一顆距離我們最近的系外行星，繞着比鄰星（紅矮星）轉的比鄰星b，但它本質上處於半人馬座阿爾法星的三星系統內。

沒錯，就是三體人的三顆太陽。

比鄰星b上的三顆太陽

但話又説回來，“三體人”會存在嗎？其實，這是一個人類追尋了好久的問題——宇宙中是否存在其他生命。

僅從天體層面來看的話，地球沒什麼特殊的。

無論形態、成份，還是地表環境，行星之間可謂是天差地別，也就意味着每個行星都獨一無二。

但生命的存在，卻又將地球與其他行星區分開來，變得與眾不同。截至到目前，不考慮各種UFO事件的話，我們依然沒有發現另一個宜居的星球，或是地外生命。

韋伯要做的，便是利用光譜儀器，研究太陽系內其他行星以及系外行星的大氣層，確定其中的元素組成，並分析其是否具備孕育出生命的條件。

在韋伯發佈的首批照片中，有張唯一的光譜圖。它描述的是一顆名為WASP-96b的氣態巨行星，距離地球1120光年，有0.48倍的木星質量。

那麼，這張光譜圖説明了什麼呢？這顆行星上有水，有云，還有霧霾。

2023年6月，科學家在獵户座星雲中觀測到了一個年輕的恆星系統。它中心是個小型紅矮星，外圍的原行星盤（濃密氣體）距離地球1350光年，被稱為d203-506。

就在這裏，韋伯望遠鏡檢測到了甲基陽離子CH3+。這種離子特別穩定，有助於形成更復雜的碳基分子。那什麼是最高級的碳基分子呢？生命啊！

右下角的拉出顯示了這個恆星系統的近紅外和中紅外組合圖像

基於此類發現，再通過檢測比較太陽系內與年輕行星盤中發現的水和其他分子，將有助於我們找到地球是如何演化成生命樂園的寶貴線索，甚至揭開生命起源的謎團。

總有一天，我們能夠回答那個“上古”問題——人類在宇宙中到底孤不孤單？

尾聲與未來

自韋伯望遠鏡正式運行以來，如今剛滿一年。但它在這短短一年裏所取得的成果，揭示了以前無從可見的關於宇宙的新細節。

就在不久前（7.12），為了慶祝韋伯的運行週年，科學家發佈了一張全新的照片——蛇夫座心宿增四星雲複合體。它在390光年外，是距離我們最近的正在孕育恆星的區域。

這張照片的下半部分是一個發光空腔，那裏有唯一一顆質量明顯大於太陽的恆星。其他地方的亮點則是與太陽相當或更小的年輕恆星。伴隨它們的形成，巨大的紅色分子氫噴流刺穿了星際塵埃的誕生包層，創造出出宏偉壯觀的宇宙景象。

恆星形成過程中的噴流

除此之外，那些隱藏在暗黑區域裏的，是被包裹在厚厚塵埃裏的、還未成型的原恆星。倘若沒有哈勃強大的紅外成像能力，我們將永遠無法得知它們的存在。

這張照片里正在上演着恆星從孕育到壯大的生命過程，我們的太陽也是這樣走來的，雖然我們無法看到它的過去，卻擁有了以高清視角看其他恆星成長的機會。

而這，便是前沿的、強大的科學儀器所能帶給我們的最為強烈的驚喜與感動。

天文學是最古老的自然科學之一。古人通過肉眼夜觀天象，來認識自己生活的這片天地，並將其用於指導生產生活。

雖然只有如此原始的觀察手段，古人依然繪製出了恆星、行星的位置圖，發明了星盤等原始的天文設備，並進一步形成了關於天體行星運動的早期想法。

當歷史進入十七世紀，人類記載的最早的望遠鏡出現在了荷蘭。之後，伽利略、開普勒、牛頓等物理學、天文學大家又將其性能發展提升。

在望遠鏡的助力下，此後一百年，人類證實了太陽系內日心説的正確性，建立了描述天體運行的嚴格的數學規律——開普勒三定律，編制了包含數千顆恆星、星雲、星團的目錄，發現了一顆新行星（天王星，1781年）……

時間匆匆而過。1915年，愛因斯坦發表的廣義相對論完善了牛頓的萬有引力定律。引力被統一描述為四維時空的幾何性質，而這也將人類對宇宙的理解帶到了一個新的階段。

科學家的野心不再侷限於只是發展天體運行規律，理解宇宙大規模結構和動力學，研究其起源、結構、演化和最終命運的基本問題，成為了天文學研究（物理宇宙學）的重要一環。

20世紀20年代，天文學家埃德温·哈勃發現除銀河系以外，宇宙中還存在大量的其他星系，並觀測到了宇宙正在膨脹的直接證據。

隨着理論和實驗觀測的同步發展，宇宙大爆炸模型得以建立。

20世紀80年代以來，宇宙微波背景、遙遠超新星以及星系紅移等深空現象被人類捕獲，包括暗物質、暗能量的宇宙學標準模型得以進一步發展。

在最近一百年來的天文學、宇宙學研究中，各種先進的設施儀器讓人類得以看見數百億光年外，一百多億光年前的宇宙影像。而那些原本微弱、隱秘的天體也逐漸被捕捉，呈現。

如今，人類建造的望遠鏡覆蓋了光學、紅外、射電，乃至紫外、X射線、γ射線等幾乎全波段。它們分佈於深山、盆地、高原和太空。

而距地球150萬公里的韋伯，則凝聚了數百年來人類觀測天象的智慧結晶，是人類認識宇宙最前沿的可靠哨兵！

宇宙中還有太多的謎團，那裏藏着宇宙的過去，關乎着宇宙的未來、人類的未來。

雖然和以億年、億光年為時空尺度的宇宙相比，人類就好像夏蟲朝菌渺小易逝。但我們在探索宇宙的過程中，從未有過妄自菲薄。

我們，就是要理解它。

參考文獻：

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[2]https://webbtelescope.org/news/milestones/mission-timeline

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[9]Infrared Universe: Helix Nebula, https://webbtelescope.org/contents/media/videos/1102-Video?Collection=Infrared%20Universe&page=1

[10]Exploring Star and Planet Formation, https://webbtelescope.org/contents/media/videos/01G6X2C9R0TPVCHXSRBCEVNW03

[11]Hubble’s law, https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law

[12]Other Worlds, https://webbtelescope.org/webb-science/other-worlds

[13]Standard solar model, https://en.wikipedia.org/wiki/Standard_solar_model

[14]Redshift, https://en.wikipedia.org/wiki/Redshift#Redshift_formulae