Root Nation文章技术詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的第一张照片——这一年:它如何改变了我们对宇宙的看法

詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的第一张照片是一年:它如何改变了我们对宇宙的看法

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整整一年前,天文学家发布了第一张使用詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的科学图像,这让许多人兴奋不已。

接下来的几个月还带来了革命性的天空照片,每张照片都突破了我们天文学知识的界限,丰富了我们对宇宙的理解。

您是否有这样的印象:我们逐渐越来越少地提及哈勃望远镜,而大多收到与詹姆斯·韦伯的观测相关的新消息? 这只是一个印象。 但事实是,哈勃太空望远镜拍摄的照片分辨率不是最好的,有时甚至完全模糊,因此标志性照片(龙骨星云、创世之柱、小麦哲伦星云中的恒星形成区域)现在将被好多了。 毕竟,是时候进行全新的项目了,包括深海观测 空间。 因此,人们可以无休止地写詹姆斯·韦伯望远镜的工作。 当然,这并不意味着哈勃已经走了,他仍在太空中英勇地工作,但他的继任者的时刻已经到来。

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我们都记得詹姆斯·韦伯望远镜在地面房间中展开遮阳板的照片,其有效性取决于其在围绕 L2 点的轨道上的位置。 现在他在宇宙深处的某个地方研究宇宙并拍摄有趣的物体。

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新的太空望远镜即将出现,但韦伯仍将是最好的

几个月后,韦伯太空望远镜(正式名称为 JWST 或詹姆斯·韦伯太空望远镜)将在距离地球 2 万公里的 L1,5 附近轨道上接收另一个伴星——欧几里得望远镜,用于对天空进行大规模勘测,该望远镜将寻找天体的迹象。暗能量和暗物质的存在几年后,欧几里得望远镜将与另一架望远镜——南希·格雷斯·罗曼(Nancy Grace Roman - 哈勃的双胞胎)一起进入地球轨道。 然而,詹姆斯·韦伯望远镜将长期保持最大的太空望远镜的地位,它最有能力观察最近的宇宙(太阳系)和最远的宇宙的细节。

今年晚些时候将迎来另一个特殊的周年纪念日——哈勃“眼科手术”30 周年,该手术安装了一种仪器,可以纠正因抛光不当的镜子产生的模糊图像。 这是在 1993 年 月完成的,距该望远镜发射进入轨道已经三年多了。

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詹姆斯·韦伯的望远镜没有这样的问题,他的仪器的性能超出了天文学家的最疯狂的期望。 是的,科学家和工程师在这一年里经历了一些最初的压力时刻,因为与 MIRI 中红外范围观测仪器相关的一些元件两次失败(分别在 2022 年夏季和 2023 年春季)。 就像 NIRISS 仪器(2023 年冬季)一样,其问题是由宇宙射线引起的。

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尽管如此,对詹姆斯·韦伯的投资还是得到了良好的回报。 据官方数据,该望远镜耗资10亿美元。 例如,这一数额可以与美国舰队中最现代化的航空母舰杰拉尔德·R·福特号的建造成本13亿美元进行比较。 这不是一个完美的比较,但它显示了天文学和军事技术中金钱的价值有何不同。

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12 个月的望远镜观测得到了什么结果?

您可以阅读有关望远镜的更多信息、它是如何建造的、它的秘密以及与名称相关的争议 我们之前的文字。 但现在是总结这一年观测结果、突出最有趣的发现并展示它们对天文学的影响的时候了。

韦伯给天文学家带来的好处是能够以更高的分辨率看到已知的物体,并看到以前我们没有注意到的东西。 因此,天文学家收到了大量数据,使他们能够改进现有理论或创建新理论。 虽然听起来很微不足道,但韦伯的成就需要来自世界各地的工程师和科学家的合作。

下面我们展示了来自的最有趣的图像集合 望远镜 James Webb,迄今为止收到了 12 个月的观察结果。

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韦伯研究什么? 从最近的小行星到最远的黑洞

第一次比较观测显示了能够同时在近红外范围和中红外范围内看到太空的价值,在中红外范围内你可以看到更冷、几乎看不见的结构。 我们不仅谈论标志性的创世之柱,还谈论观察太阳系的天体。 詹姆斯·韦伯望远镜已经探索了木星和土星,提供了海王星尘埃环以及天王星及其许多卫星的最佳图像。 韦伯望远镜如何观测天王星及其光环可以在放大的图像中看到,其中标记了最大的卫星:

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除了行星之外,詹姆斯·韦伯望远镜还瞄准了土星的卫星,包括泰坦和冰冷的土卫二的表面和云层,在那里可以清楚地看到构成土星周围钍的冰、水蒸气和有机化合物的排放。

去年秋天,韦伯还让科学家们观看了 DART 探测器与小行星 Dimorphos 的碰撞,今年帮助确认了源自火星和木星之间小行星带的一种特别罕见的彗星的存在。 韦伯在该地区观测到的最小小行星直径约为 100 m。

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我们对韦伯望远镜对里德彗星的观测很感兴趣。 它对于天文学家来说非常有趣,因为它含有水。 尽管不应该如此,因为这颗彗星的轨道位于小行星带,比海王星以外的彗星的轨道更靠近太阳。 媒体上有一些更令人印象深刻的可视化和结论,但天文学家对上图这样的图表很满意。

天文学家还将望远镜瞄准了系外行星。 一月份,韦伯望远镜发现了第一颗这样的行星,它看起来与地球相似,尽管它绕太阳旋转的轨道非常狭窄,周期为两天。 通过红外观测,詹姆斯·韦伯能够测量岩石行星 Trappist-1 b 表面的温度,并观察到年轻恒星 AU Microscopii 周围的尘埃盘,该恒星在行星形成后经历了动态演化。 这些观察结果中的每一个都拥有最佳的数据分辨率。 韦伯的分光镜还发现了不寻常的行星大气,例如 VHS 1256b 行星周围的硅酸盐大气。

Chamaeleon I 分子云在照片中看起来令人印象深刻:

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至于恒星,韦伯望远镜可以到达未来将形成年轻恒星的区域,例如已检测到冰的 Chamaeleon I 分子云,以及表明恒星周围行星形成的大量复杂有机化合物,这在未来可能是发达生活的开始。 在距离我们 1350 光年的猎户座星云中,詹姆斯·韦伯望远镜发现了最复杂的化合物——甲基阳离子,它是形成复杂碳形式的起点。

这就是猎户座星云区域的样子,光谱学家在那里发现了太阳系外已知的最复杂的碳质粒子。 来自 NIRCam(近红外)和 MIRI(中红外)的图像:

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除了观测恒星形成的早期阶段,例如L1527,韦伯望远镜还观测恒星生命的最后阶段,例如质量巨大且炽热的沃尔夫-拉叶124,它将在未来成为超新星。 在这两种情况下,这些物体以前不可见的细节都被记录下来。

看看这些精彩的照片,左边是恒星的形成、诞生,右边是老恒星生命的最后阶段:

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多亏了 MIRI 的中红外仪器,超新星仙后座 A 的遗迹也可以在众多美丽的图像中看到,虽然之前已经见过很多次了,但还是韦伯望远镜拍出了更清晰的图像。 这将使我们能够更多地了解导致超新星爆炸的过程,因为它们形成的物质与地球曾经形成的物质相似。

看看望远镜如何观测仙后座 A。顺便说一句,用 MIRI 的中红外相机可以看到这个星云。

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太阳系、银河系的天体是韦伯望远镜最近的观测区域。 在过去的一年里,该望远镜还观测了其他更遥远的星系,例如仙女座星系和麦哲伦星系。 还有那些可以清晰观察细节的,比如1433万光年外的NGC 46星系中的尘埃带,并根据观察结果分析星团的演化。 还有那些距离我们数十亿光年的地方,只能观察到它们的轮廓和总体构成。

非常清晰的照片使我们能够在中红外范围内看到星系 NGC1433 尘埃结构的细节。 该图像是 PHANGS(邻近星系高角分辨率物理)项目的一部分。

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然而,即使在后一种情况下,韦伯的范围也比我们今天可用的任何仪器都要好。 正是这种最先进的工具使我们能够展示以前从未见过的结构。

其中包括起源于早期宇宙的星系团、刚刚从第一颗超新星中收集物质的年轻星系,以及宇宙中最遥远且最早的星系之一(大爆炸后 300-500 亿年)。 这些结构是恒星集中形成的结构,当星系间空间充满尚未完全电离的物质时,这些结构就已经存在。 在这个阶段,当宇宙慢慢变得对光透明时,我们在詹姆斯·韦伯望远镜拍摄的照片中观察到。

在观察这些最遥远的物体时,韦伯也得到了大自然的帮助,或者更准确地说,是透镜现象的帮助。 最完美的例子是潘多拉超星系团(或阿贝尔 2744)的图像,其中包含许多透镜状星系,当时宇宙已有几亿年的历史。 与哈勃望远镜相比,通过持续几个小时而不是几天的曝光就可以获得来自 50 多个光源的深空图像。 这是观察的巨大加速。

詹姆斯·韦伯望远镜拍摄了潘多拉星系超星系团的照片。 在引力透镜的情况下,即使分辨率的最小增加对于模拟现象和估计透镜星系的实际距离来说也是无价的。

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通过观察此类早期天体群,韦伯能够探测到宇宙结构的颗粒。 它由位于太空中的星系团组成,由空隙隔开(但实际上,这些不是没有物质的区域)。 这些研究是宇宙演化早期释放科学 (CEERS) 项目的一部分,该项目使观测最古老的黑洞成为可能,该黑洞在宇宙形成 570 亿年后就已经存在。

对星系中心遥远黑洞的观测是利用微孔径技术进行的,其厚度是人类头发的几倍,可以打开和关闭。 这使得韦伯能够同时观察多达 100 个星系的光谱,大大加快了工作速度,并为天文学家提供了大量数据,其中大部分数据尚未分析。

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利用微孔径技术同时获得多个星系的光谱。 对于业余爱好者来说,这可能看起来不太有趣,但天文学家仅根据这张图片就可以写出一整本书。

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下面是前往梅西星系的 290D 旅程,该星系在宇宙只有 5000 亿年前就已存在。 它显示了 CEERS 观测到的一小部分天空中多达 200 个星系的距离差异。 从最近的星系移动到梅西,我们回到了 亿年前。

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周年纪念照片 - Rho Ophiuchi 恒星形成区域

美国宇航局首席科学家尼古拉·福克斯在总结一周年时表示:“在其成立一周年之际,詹姆斯·韦伯太空望远镜履行了其开拓宇宙的承诺,为人类提供了一个令人着迷的图像和科学宝库,并将持续数十年。”的观察结果。 很难不同意这些话。

为了庆祝其周年纪念,韦伯望远镜拍摄了恒星形成区域蛇夫座,这是银河系最明亮的区域之一。 那里的许多恒星刚刚形成,隐藏在图像橙黄色区域的尘埃云中。 除了一颗成功穿透尘埃的恒星外,其余大约有50颗与太阳相似或小于太阳的恒星。

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那些以某种方式诞生的恒星,在它们第一次发光并开始驱散周围物质的那一刻,就展现在我们的眼前。

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这可以在图像中以红色和紫色氢分子喷射(条纹)的形式看到,从恒星的位置向两个方向辐射。 感谢詹姆斯·韦伯望远镜,首次在该地区观测到如此大量的重叠喷流。

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蛇夫座 Rho 星云位于蛇夫座,距我们 390 光年。 用业余设备观察它需要长时间曝光摄影,但你可以尝试在不使用相机的情况下找到附近一颗与星云同名的恒星。 其亮度为4,6星等。 这意味着即使用肉眼也可以在远离城市灯光的地方看到良好的能见度。 如果不是用肉眼,那么肯定是用双筒望远镜。

在更困难的条件下,我们不得不对位于天蝎座的心宿二恒星进行观测,它也位于星云附近。 夏季是在乌克兰观察这些物体的最佳时间,因为那时它们在南部地平线上方低处可见。

詹姆斯·韦伯望远镜继续其宇宙之旅,研究新的恒星、星团和星云。 他将能够探究宇宙的过去,找出恒星和行星是如何诞生的,这将使我们更好地了解地球的起源。

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Yuri Svitlyk
Yuri Svitlyk
喀尔巴阡山脉之子、不为人知的数学天才、“律师”Microsoft,实用的利他主义者,左右
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