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      1. 韋伯望遠(yuǎn)鏡成果豐富,項目專家自己的解讀來了

        更新時間:2022-07-16 09:08:30作者:未知

        韋伯望遠(yuǎn)鏡成果豐富,項目專家自己的解讀來了

        韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)首批成果發(fā)布后,引發(fā)全球關(guān)注。7月14日,美國ABC10頻道發(fā)布了對項目組主要科學(xué)家之一、康奈爾大學(xué)教授喬納森·盧寧(Jonathan Lunine)的采訪視頻。觀察者網(wǎng)特翻譯如下:

        問:韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的這些照片告訴了我們什么?

        喬納森·盧寧:首先也是最重要的,這些照片告訴我們韋伯望遠(yuǎn)鏡的性能甚至優(yōu)于設(shè)計要求。圖像非常清晰,真的敏銳地展現(xiàn)了細(xì)節(jié)。我們不僅看到了前景中的物體,還看到了所有這些在背景中的星系。這說明韋伯望遠(yuǎn)鏡可以成為強大的工具,發(fā)現(xiàn)宇宙里的許許多多物體。

        而這些圖像本身包含一些非??岬男畔?,包括相對靠近我們自己的太陽系的,以及數(shù)十億光年外正在發(fā)生的事情。


        問:我們現(xiàn)在知道哈勃和韋伯太空望遠(yuǎn)鏡是完全不同的,你能解釋下它們的一些區(qū)別嗎?

        喬納森·盧寧:它們都是太空望遠(yuǎn)鏡。哈勃是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡。就顏色和波長而言,它的探測范圍主要在人眼可視范圍內(nèi)。另一方面,韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的探測范圍從我們?nèi)祟惖摹翱梢姽庾V”的紅色部分延伸到紅外線,我們更常把這些區(qū)間里的光視為“熱”而不是“光”。

        也就是說,韋伯能看到的波長比我們?nèi)搜鬯芸吹降囊L。這不僅使我們的觀測能夠穿過銀河系附近年輕恒星中的塵埃,還使我們能夠看到極遙遠(yuǎn)的星系,當(dāng)那些星系發(fā)出的光穿過膨脹的宇宙時,被拉長成紅外線(也就是“紅移”)。哈勃看不到這些星系,而韋伯可以看到它們。

        所以我想說,韋伯望遠(yuǎn)鏡算是“三冠王”。首先,它具有非凡的靈敏度,例如可以在月球那么遠(yuǎn)的地方探測到一只大黃蜂的熱量;其次,它的圖像非常非常清晰,相當(dāng)于在25英里的距離上拍出一分錢硬幣;最后,就是可以探測更寬的波長范圍。

        問:我覺得公眾也想知道的是,當(dāng)我們在看這些圖像時,往往會覺得像萬花筒一樣,看起來到處都是一束光。我們?nèi)绾文軌騾^(qū)分一個物體是星星,而另一個不是?

        喬納森·盧寧:在大多數(shù)圖像的前景中,我認(rèn)為我們可以很容易地識別出這是一個星系,或者在某種情況下看到一個蛋形的星云,由恒星拋出的物質(zhì)形成,事實上你都可以看到它中心的恒星。

        對于圖像中更遙遠(yuǎn)和更小的物體,它們幾乎都是星系。你可以通過兩種方式來發(fā)現(xiàn)這一點。其中一些,實際上可以看到它們的形狀像小螺旋或類似橢圓形,因此它們不是星星。

        對于那些真的很遙遠(yuǎn)的物體,你會問自己:好吧,那是一顆恒星還是一個星系?你實際上可以測量我們所說的光譜,并且看到光轉(zhuǎn)移到紅色區(qū)間或紅外線中。我們知道有這一現(xiàn)象的物體真的很遠(yuǎn),如果那么遠(yuǎn)的東西能被你看到,那它就不可能是一顆星星,必須是一個完整的星系。所以,這就是你可以區(qū)分它們的方式。

        問:我們來看下這張圖像,里面是有四個或五個星系?

        喬納森·盧寧:這張圖像被稱為“斯蒂芬五重奏”(Stephen’s quintet),它是五個星系的集合。其中左側(cè)的一個星系實際上與其他四個星系無關(guān),因為它在前景中,離我們更近。


        圖片來源:NASA


        “五重奏”相關(guān)星系的編號,圖片來源:哈佛大學(xué)

        其他四個則在相互作用和相互碰撞。如果你仔細(xì)觀察中間的一個,實際上有兩個彼此非常接近的星系,當(dāng)它們穿過彼此時,有點像在互相撕裂。

        這真是一種激烈的場景,我們正瞥見這些由數(shù)十億顆恒星組成的星系之間的一系列相互作用,它們在相互撕裂的過程中也正在創(chuàng)造新的恒星。

        這些星系中的恒星也在相互作用,在引力的作用下相互拉扯,把物質(zhì)拋出,如果你愿意的話,可以視作一條彩練。這些物質(zhì)的彩練就像煙花一樣,恒星正在其中形成。

        問:這真的很酷。還有一張看起來好像都是氣體的圖像。這些氣體實際上是在前景里,后面是星星嗎?你能解釋一下嗎?

        喬納森·盧寧:這張圖像的下半部分看起來像是棕色的、煙狀的東西,頂部看起來是藍(lán)色。這是我們所稱的船底座星云(Carina Nebula)的一部分(觀察者網(wǎng)注:具體來說,這張照片是NGC3324疏散星團(tuán)的邊緣),它距離地球幾千光年。它就在我們的銀河系中,是恒星在我們星系里誕生的地方。


        圖片來源:NASA


        畫面主體是船底座星云,右上角是NGC3324,圖片來源:Harel Boren

        有兩個過程正在發(fā)生。在圖像的底部,我們看到都是棕色的塵埃物質(zhì),它們是形成恒星的原料的一部分,恒星正在那里形成。

        但在清澈的上部,恒星已經(jīng)形成。比太陽質(zhì)量大得多的恒星已經(jīng)開始侵蝕掉棕色物質(zhì)。它們發(fā)出所謂的星際風(fēng)和大量紫外線——就是當(dāng)我們?nèi)ズr,試圖保護(hù)自己免受其傷害的射線。

        恒星形成的區(qū)域,其邊緣正逐漸消失。所以,圖像底部制造著新恒星,而圖像頂部的原料被吹離,兩者之間存在著一種“角力”。

        問:這很有趣。另一個問題是我聽說在研究中也獲得了其他信息。我們能否在行星上找到某些潛在化學(xué)物質(zhì)的信息,比如水?

        喬納森·盧寧:是的,設(shè)計韋伯望遠(yuǎn)鏡要做的事情之一,就是獲取宇宙中各類物體的光譜,從星系到其他恒星周圍的單個行星。光譜是以波長為序,把分解的光排列開來,曲線上有高峰,也有低谷。這些高峰和低谷就是你所看到的任何物質(zhì)的“化學(xué)指紋”。對于不同的元素,不同的分子,有一系列特征性的峰和谷。

        因此,通過制作其他恒星周圍行星的光譜,韋伯望遠(yuǎn)鏡可以告訴我們行星大氣的成分是什么。它含有水嗎?它含有二氧化碳嗎?甚至可以回答,它到底是否有大氣。這將告訴我們這顆行星是否有可能支持生命,盡管不能證實是否有生命。

        研究行星光譜實際上是一件棘手的事情,因為與恒星相比,圍繞其母星運行的行星非常暗淡。所以韋伯太空望遠(yuǎn)鏡必須使用一些技巧,才能將行星的光從恒星中分離出來,有很多方法可以做到這一點。這次其中一張圖像,就是某恒星周圍的行星,其光譜顯示大氣中有水的特征。


        WASP-96b的光譜,其質(zhì)量相當(dāng)于0.48個木星

        問:能夠發(fā)現(xiàn)另一個星球有潛力形成生命是多么令人興奮,尤其是這正是你的研究領(lǐng)域。

        喬納森·盧寧:在我個人感興趣的一個領(lǐng)域中,有這樣的發(fā)現(xiàn),是非常令人興奮的。后續(xù)我還將參與處理一些數(shù)據(jù),它們同樣來自環(huán)繞其他恒星的行星。

        回溯到1600年,當(dāng)時布魯諾說,肯定有無數(shù)恒星,而在恒星周圍有無數(shù)行星。但很長一段時間來,我們就是看不到它們,因為行星太暗了。

        天文學(xué)家想看到其他恒星周圍的行星,但直到1990年代才成為可能。當(dāng)時的望遠(yuǎn)鏡可以告訴我們那里還有其他行星,但并不能真正告訴我們大氣是由什么構(gòu)成的。

        借助哈勃和另一臺名為斯皮策的太空望遠(yuǎn)鏡(觀察者網(wǎng)注:Spitzer Space Telescope,2003年8月發(fā)射,是當(dāng)時送入太空的最大的紅外望遠(yuǎn)鏡),我們發(fā)現(xiàn)可以初步探測到最大的一些行星周圍的大氣。

        現(xiàn)在有了韋伯,我們不僅可以研究巨行星,還可以研究幾乎與地球一樣大小的行星,它們更接近于我們自己的世界。

        問:這非常令人著迷。韋伯比哈勃望遠(yuǎn)鏡更向前邁出了一步,但我們還需要看到更多,下一步將如何更好、更細(xì)致地觀察這些星系?

        喬納森·盧寧:你知道,這些圖像僅僅是幾張而已。世界各地的天文學(xué)家都已安排時間,要通過韋伯望遠(yuǎn)鏡收集數(shù)據(jù)。其中許多數(shù)據(jù)將比這些圖像更加精細(xì)。例如,這次展現(xiàn)的遙遠(yuǎn)星系的圖像,并不是韋伯所能看到的最深處,實際上它的曝光時間還是相對較短。因此,天文學(xué)家將不斷推進(jìn)觀測,挑戰(zhàn)韋伯望遠(yuǎn)鏡的極限。所以在接下來的十年里,這臺非凡的望遠(yuǎn)鏡將會有很多新的發(fā)現(xiàn)。

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