看向更遥远的深空 揭示更多恒星形成之谜 韦布望远镜正深刻改变天文学

科技日报记者 刘霞

(资料图)

作为哈勃空间望远镜的继任者，“身价”100亿美元的韦布空间望远镜于去年12月25日发射升空，旨在“探索宇宙的起源”。即使迄今观测时间不足半年，它仍然做出了几项破纪录的重要发现，美国太空网在21日的报道中，列出了它正在改变天文学的六种方式。

韦布望远镜工作艺术图。

发现更遥远的星系

在韦布望远镜发射前，天文学家已知最遥远的星系是GN-z11，其诞生于134亿年前，也就是宇宙大爆炸后4亿年。

但韦布望远镜打破了这一纪录！天文学家利用像阿贝尔2744这样的前景星系团作为引力透镜——星团这样的大质量物体通过引力扭曲空间，像透镜般放大来自更远物体的光，发现了更遥远的星系。

天文学家通过计算发现，名为GLASS-z12的星系诞生于宇宙大爆炸后3.5亿年；名为Maisie的星系被认为诞生于宇宙大爆炸后2.8亿年；甚至有科学家称，发现了诞生于宇宙大爆炸后2亿年的星系。

韦布望远镜正在确认这些发现，天文学家最近借助其提供的数据，证实了一个诞生于宇宙大爆炸后3.25亿年前的星系。

对系外行星大气进行迄今最详细测量

天文学家现在已经发现了5000多颗系外行星，但我们对其中的许多行星几乎一无所知。官方提到，希望韦布望远镜可以尽可能远地去观察那些“外星大气环境”。

今年8月，天文学家宣布，韦布望远镜首次在700光年外的系外行星WASP-39b的大气层中发现了二氧化碳气体。11月天文学家发布了一份更完整的光谱，表明WASP-39b的大气中不仅包括二氧化碳，还包括一氧化碳、钾、钠、二氧化硫和水蒸气，这是科学家迄今对系外行星大气层最详细的分析。

系外行星WASP-39b的艺术图。

这一研究为科学家提供了行星演化的线索，也可以揭示太阳系中的气态巨星木星和土星是如何形成的。此外，二氧化硫的存在也是太阳系外首个行星光化学产物，因为当恒星的紫外光与行星大气中的分子发生反应时，就会形成这种化合物。

表征宜居系外行星

系外行星科学的“圣杯”之一是找到另一颗像地球一样宜居的行星，韦布望远镜很适合描述表征此类系外行星。

近日，美国国家航空航天局称，韦布望远镜首次观测到环绕TRAPPIST-1恒星的7颗地球大小的行星。这7颗行星距离地球约39.13光年，位于恒星的宜居带或附近，那里可能存在液态水。天文学家认为它们是研究太阳系外行星是否适合生命生存的绝佳实验室。

TRAPPIST-1行星系统的艺术图。

JWST的初步观察重点是TRAPPIST-1c，模型表明它有一个类似金星的大气层，含有大量二氧化碳。虽然TRAPPIST-1c很可能因为太热而不适合生命存在，但确定它是否拥有大气层以及大气层是否含有二氧化碳，将是表征类地行星的一大步。韦布望远镜将继续对准TRAPPIST-1系统中可能更宜居的星球，天文学家将密切关注生物信号——如大气中甲烷和氧气的存在。

将目光投向太阳系

虽然韦布望远镜被设计用于探测深空，但它也可以用来观察我们太阳系内的邻居，结果令人惊喜。

今年8月，科学家发布了韦布望远镜拍摄的太阳系最大行星木星的照片，韦布望远镜7月拍摄了这些照片，捕捉到了前所未有的木星南北极极光以及旋转极地烟霞的图像。研究人员表示，通过近红外光和中红外光的观测，他们能够利用韦布望远镜的高分辨率，更深入地观察木星的大气层。

韦布望远镜还拍摄了遥远的海王星、土星的卫星土卫六和火星，显示了火星表面的温度变化和大气中二氧化碳的吸收情况。未来它将进一步观测火星，以追踪更稀薄的气体，例如可能源自地质或生物活动的神秘的季节性甲烷羽流等。

揭示恒星形成的秘密

韦布望远镜拍摄的“创生之柱”。

哈勃空间望远镜拍摄到的最具标志性的图像之一是“创生之柱”——在老鹰星云内发现的长达光年的圆柱形分子气体。近日，韦布望远镜重新审视了距离地球6500光年的“创生之柱”，在近红外光和中红外光下拍摄的图像显示，新的恒星正在这个“恒星托儿所”内稠密的气体云和尘埃云中形成。

韦布太空望远镜对“创世之柱”的精细捕捉，直接观察这些年轻恒星，可以帮助科学家们更好地了解恒星形成的过程——尘埃和气体如何形成紧密的“结”，然后坍缩成恒星。它还可以帮助人们追踪恒星在这样的区域形成后会发生什么，以及它们如何从柱状“茧”中“破茧而出”，从而改进现有的恒星形成模型。

改变太空望远镜建造方式

尽管韦布望远镜历经多年延期和数十亿美元超额投资，才最终进入预定轨道，但它为太空望远镜的建造开辟了一条新的道路。

韦布望远镜的一个独特之处在于，它巨大的金色主镜由18块六边形镜片组成，其口径约6.5米（哈勃约2.4米）的主镜并非整块完整展开后发射上去的——为适应发射时使用的阿丽亚娜5型运载火箭，NASA把主镜的左右两翼进行了“折叠”，在升空之后再让其展开。设计、建造和发射韦布望远镜的努力不仅会带来革命性的发现，而且会激发下一代大型空间望远镜的设计灵感。

（图片来源：美国太空网）

关键词： 恒星形成