詹姆斯·韦伯太空望远镜在第一年如何改变了天文学

随着去年圣诞节的临近，全球的天文学家和太空迷齐聚一堂，观看备受期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜的发射。尽管是一项了不起的工程，但该望远镜并非没有争议——从远远超出预算和进度落后到以一位被指控恐同症的前美国宇航局局长的名字命名。

尽管对望远镜的命名和历史存在争议，但今年有一件事情变得非常清楚——JWST 的科学能力是非凡的。它于 2022 年 7 月开始其科学运作，已经让天文学家获得了新的观点并揭开了大量太空主题的奥秘。

JWST 最紧迫的目标是近代天文学史上最雄心勃勃的项目之一：回顾宇宙诞生时形成的一些最早的星系。

由于光需要时间从它的源头传播到地球上的我们这里，通过观察极其遥远的星系，天文学家实际上可以及时回顾过去，看到最早的星系形成于 130 亿多年前。

尽管天文学家对早期星系的一些首次探测的准确性存在一些争论——JWST 的仪器尚未完全校准，因此对于最遥远的星系的确切年龄存在一些回旋余地——最近的发现支持了JWST 发现了大爆炸后最初 3.5 亿年的星系。

这使得这些星系成为有史以来最早观测到的星系，而且它们也有一些惊喜，比如比预期的要亮得多。这意味着我们有更多的东西可以了解早期宇宙中星系是如何形成的。

这些早期星系是使用勘测和深场图像识别的，这些图像使用韦伯观察大片天空，乍一看可能看起来很空旷。这些区域没有像太阳系行星这样的明亮物体，并且远离我们银河系的中心，使天文学家能够观察太空深处以发现这些极其遥远的物体。

JWST 首次能够检测到系外行星大气中的二氧化碳，最近还在 WASP-39b 行星的大气中发现了许多其他化合物，包括水蒸气和二氧化硫。这不仅意味着科学家们可以看到行星大气的成分，而且他们还可以看到大气如何与行星主恒星发出的光相互作用，因为二氧化硫是由与光的化学反应产生的。

如果我们想找到类地行星并寻找生命，了解系外行星的大气层是至关重要的。上一代工具可以识别系外行星并确定基本信息，例如它们的质量或直径以及它们离恒星的轨道距离。但要了解在其中一颗行星上会是什么样子，我们需要了解它们的大气层。借助 JWST 的数据，天文学家将能够寻找远离太阳系的宜居行星。

JWST 关注的不仅仅是遥远的行星。言归正传，JWST 已被用于研究我们太阳系中的行星，包括海王星和木星，并且很快也将被用于研究天王星。通过观察红外线范围，JWST 能够识别出木星的极光和大红斑的清晰视野等特征。望远镜的高精度意味着它甚至可以在行星的亮度下观察小物体，例如显示木星罕见的光环。它还拍摄了 30 多年来最清晰的海王星环图像。

JWST 今年进行的另一项重大调查是对火星的调查。火星是地球以外研究最透彻的行星，多年来曾接待过无数漫游者、轨道飞行器和着陆器。这意味着天文学家对它的大气成分有了相当好的了解，并开始了解它的天气系统。对于像 JWST 这样灵敏的天基望远镜来说，火星也特别难以研究，因为它太亮而且太近了。但这些因素使它成为了解新望远镜功能的完美试验场。

JWST 使用其相机和光谱仪研究火星，显示其大气成分，这与当前数据的预期模型几乎完美匹配，显示 JWST 仪器对此类调查的准确性。

JWST 的另一个目标是了解恒星的生命周期，天文学家目前对此有粗略的了解。例如，他们知道尘埃和气体云会形成结，这些结会聚集更多的物质并坍缩形成原恒星，但究竟是如何发生的还需要更多研究。他们还在了解恒星形成的区域以及为什么恒星倾向于成群形成。

JWST 对于研究这个主题特别有用，因为它的红外仪器允许它透过尘埃云观察恒星形成的内部区域。最近的图像显示了原恒星的发展和它们抛出的云，并正在观察恒星形成密集的区域，例如鹰状星云中著名的创世之柱。通过在不同波长下对这些结构进行成像，JWST 仪器可以看到尘埃和恒星形成的不同特征。

说到创世之柱，JWST 在公众心目中留下的最大遗产之一就是它捕捉到的令人惊叹的太空图像。从 7 月份望远镜首张图片的国际兴奋，到石柱等标志性景点的新景象，韦伯图片今年无处不在。

除了华丽的船底座星云和第一张深空外，其他值得花一分钟时间欣赏的图像还包括狼蛛星云的星雕形状、双星 Wolf-Rayet 140 尘土飞扬的“年轮”，以及超凡脱俗的光芒红外线中的木星。

图像不断出现：就在上周，发布了一张新图像，显示了星系 NGC 7469 明亮发光的心脏。

为这一年令人难以置信的发现干杯，还有更多的发现。