NASA 计划于 12 年 2022 月 日发布詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 拍摄的第一批图像。 它们将标志着天文学下一个时代的开始，因为韦伯——有史以来最大的太空望远镜——将开始收集科学数据，这些数据将有助于回答有关宇宙存在最早时刻的问题，并使天文学家能够比以往更详细地研究系外行星。以前。 但花了将近八个月的旅行、设置、测试和校准，以确保这个最有价值的望远镜准备好迎接黄金时段。
最强大的 空间 该望远镜一旦进入轨道，将比以往任何技术都能更深入地观察太空，从而更深入地观察时间，从而使天文学家能够看到大爆炸后不久存在的情况。
NASA 的望远镜从哪里开始？
在我们的银河系中，望远镜将探索太阳系外的世界——太阳系外行星或系外行星——通过研究它们的大气层寻找生命迹象，如有机分子和水。
詹姆斯韦伯望远镜于 25 年 2021 月 10 日成功发射后，团队开始了漫长的过程，将其移至最终轨道位置、拆卸望远镜，并在一切冷却后校准机载相机和传感器。 发射进行得很顺利。 NASA 科学家首先注意到的事情之一是，望远镜上剩余的燃料比未来调整轨道所需的燃料要多。 这将使韦伯的运行时间比任务最初的 年目标长得多。
韦伯前往轨道最终位置的月球之旅的第一项任务是部署望远镜。 它进行得很顺利，首先是部署有助于冷却望远镜的遮阳板。 然后是镜子的对齐和传感器的加入。 韦比上的相机正在冷却，正如工程师们预测的那样，团队打开的第一个仪器是近红外相机，或 NIRCam。 NIRCam 旨在研究宇宙中最古老的恒星或星系发出的微弱红外光。 但接下来呢？
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红外范围内的早期宇宙
因为光在太空中传播需要有限的时间，所以当天文学家观察物体时，他们实际上是在观察过去。 来自太阳的光大约需要七分钟才能到达地球，所以当我们看太阳时，我们看到的是七分钟前的样子。
我们看到遥远的物体是几个世纪或几千年前的样子，我们甚至在地球形成之前就观察到最遥远的物体和星系，当我们看到它们时，它们可能会发生根本性的变化甚至毁灭。
JWST 是如此强大，以至于它能够观察到大约 13,6 亿年前存在的宇宙，也就是我们称之为大爆炸的初始快速膨胀期之后 200 亿年。 这是人类有史以来最古老的过去。 JWST 之所以成为早期宇宙成像的强大工具，是因为它在电磁波谱的红外区域进行观测。
当光从这些遥远的来源传播到我们这里时，宇宙的加速膨胀会拉伸光。 这意味着虽然来自这些早期恒星和星系的光与来自附近恒星和星系的光相似，但它的波长“转移”到了电磁波谱的红外线区域。
最遥远和最古老的星系
天文台识别早期星系的一种方法是观察六个最遥远和最亮的类星体。 类星体位于活动星系核 (AGN) 的中心，由超大质量黑洞提供能量。 它们通常比它们所在的星系中所有恒星的辐射总和还要亮。
JWST 团队选择的类星体是最亮的类星体之一，这意味着为它们提供食物的黑洞也是最强大的，以最高的速度消耗——或者更确切地说，吸积——气体和尘埃。 它们产生巨大的能量，加热周围的气体并将其向外推，产生强大的喷流，穿过星系进入星际空间。
除了使用对周围星系有显着影响的类星体来了解它们的演化之外，JWST 研究人员还将使用类星体来研究宇宙历史上称为再电离时代的时期。 那是宇宙变得最透明并允许光自由传播的时刻。 发生这种情况是因为星际介质中的中性气体带电或电离。
JWST 将通过使用明亮的类星体作为背景光源来研究我们与类星体之间的气体来对此进行调查。 通过观察星际气体吸收了什么光，研究人员将能够确定星际气体是中性的还是电离的。
一次 100 个星系
JWST 将用来观察宇宙的仪器之一是近红外光谱仪 (NIRSpec)。 该仪器不会像哈勃太空望远镜拍摄的数千个星系的广角图像（如下图）那样，生成其所观察到的星系的视觉震撼图像。 相反，它将提供有关这些星系的重要光谱信息，从而可以同时看到其中的许多星系。
这些星系的光谱包含很多信息，特别是关于化学成分的信息。 通过研究这些成分，研究人员将了解星系将气体成分转化为恒星的速度有多快，从而更好地了解宇宙的演化。
要以所需的精度做到这一点，需要阻挡大量光线，这通常意味着一次研究一个物体。 JWST 打算研究的一些天体非常遥远，以至于它们的光线非常暗淡，这意味着必须对它们进行数百小时的观察才能收集足够的数据来构建光谱图。
幸运的是，NIRSpec 配备了百万个独立窗口中的四分之一，这些窗口带有以晶圆图案排列的人类头发大小的微型百叶窗。 这意味着，通过调整这些百叶窗的模式，JWST 将能够在一个视图中同时观察大量物体，并且它是可编程的，适用于天空中物体的任何领域。 据 NASA 估计，这将使 NIRSpec 能够同时从 100 个天文台收集光谱，这是以前其他光谱仪无法做到的。
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木星大小的系外行星
自 1990 世纪 4 年代中期发现一颗围绕类太阳恒星运行的行星以来，我们的系外行星目录已经扩展到现在包括 51 多个已确认的世界。 这些世界中的大多数，包括 1995 年由瑞士团队 Michel Maior 和 Didier Calo 发现的系外行星 Pegasi b，都是热木星。 这些系外行星围绕它们的恒星运行很近，通常在几个小时内完成公转，这使得它们很容易用系外行星观测技术探测到。
这些世界常常被潮汐束缚在它们的恒星上，这意味着一侧，即永恒白昼的一侧，非常热。 这种世界的一个显着例子是 WASP-121b，最近由哈勃望远镜上的光谱相机观测到。 在我们的太阳系中，铁和铝比我们的太阳系中的木星稍大，在这个星球的白天蒸发，这些蒸汽被超音速风带到夜晚。 当这些元素冷却时，它们会沉淀为金属雨，其中一些铝可能会与其他元素结合并沉淀为液态红宝石和蓝宝石雨。
这些巨大的行星靠近它们的母星会导致潮汐力使它们呈现橄榄球的形状。 系外行星 WASP-103b 发生了什么。 JWST 在距地球 万公里的位置上的部分作用是研究这些侵略性行星的环境和大气层。
超级地球
太空望远镜将用来观测的另一类系外行星是所谓的超级地球。 这些世界的质量可能是地球的 10 倍，但比海王星或天王星等冰巨星要轻。
超级地球不一定像我们的星球那样是岩石的，而是可以由气体组成，甚至可以是气体和岩石的混合物。 NASA 表示，在 3 到 10 个地球质量的范围内，可能存在各种各样的行星成分，包括水世界、雪球行星或像海王星一样主要由致密气体组成的行星。
前两颗受到 NASA JWST 关注的超级地球将是被熔岩覆盖的 55 Cancri e，它似乎是一颗距离地球 41 光年的岩石行星，以及 LHS 3844b，它的大小是地球的两倍，似乎有一个岩石表面，类似于月球，但没有明显的大气层。
正如我们所知，这两个世界似乎都不适合生命存在，但 JWST 将研究的银河系不同地方的其他系外行星可能更有前途。
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TRAPPIST-1系统
在第一个运行周期中，望远镜将密切研究距离地球 1 光年的 TRAPPIST-41 系统。 这个于 2017 年发现的行星系统之所以与众不同，是因为它的七个岩石世界存在于其恒星的活动区，使其成为迄今为止发现的最大的潜在宜居陆地世界。
天文学家将恒星周围的宜居带定义为温度允许液态水存在的区域。 因为这个区域既不太热也不太冷以至于液态水无法存在，所以它通常被称为金发姑娘区。
然而，在这个区域并不意味着这个星球适合居住。 金星和火星都在太阳周围的区域内，由于其他条件，这两个行星都不能像我们所理解的那样舒适地支持生命。 行星协会认为其他因素，如太阳风的强度、行星的密度、大卫星的优势、行星轨道的方向以及行星的自转（或明显缺乏自转）可能是关键因素为了宜居性。
有机分子和行星诞生
NASA 的 JWST 对宇宙进行红外巡天的优势之一是能够窥视星际气体和尘埃的密集和大质量云。 虽然这听起来可能不是很令人兴奋，但当你考虑到这些是恒星和行星诞生的地方并被称为恒星托儿所时，前景就会变得更有吸引力。
在可见光谱中无法观察到这些空间区域，因为灰尘含量使它们不透明。 然而，这种灰尘允许在红外波长范围内传播电磁辐射。 这意味着 JWST 将能够研究这些气体和尘埃云在坍缩并形成恒星时的密集区域。
此外，太空望远镜还将能够研究环绕年轻恒星并孕育行星的尘埃和气体盘。 它不仅可以显示像太阳系中的行星（包括地球）是如何形成的，而且还可以显示对生命至关重要的有机分子如何分布在这些原行星盘中。
还有一个恒星托儿所将由有时间特别观察 JWST 的研究人员进行研究。
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创作的支柱
创造之柱是人类描绘过的最明亮、最美丽的宇宙景观之一。 哈勃太空望远镜捕捉到了创造之柱的美丽图像（如下图），能够深入观察这些光年高的气体和尘埃塔。
位于鹰星云中，距离地球 6500 光年的巨蛇座，不透明的柱状物——创世之柱——是密集恒星形成的场所。 为了收集柱子内部恒星诞生过程的细节，哈勃望远镜在可见光和红外光下对它们进行了观察。
红外光对于观察创造之柱内发生的过程是必要的，因为与其他马槽一样，可见光无法穿透这个发射星云的致密尘埃。
哈勃望远镜针对可见光进行了优化，但它仍然设法拍摄了令人惊叹的柱状物红外图像，显示了一些生活在柱状物内部的年轻恒星。 这就是 JWST 团队兴奋的地方——他们强大的红外太空望远镜将揭示这个迷人的太空区域。
木星、它的环和卫星
太阳系太空望远镜的目标之一将是最大的行星——气态巨行星木星。 据美国宇航局称，一个由 40 多名研究人员组成的团队已经制定了一项观测计划，该计划将研究木星、它的环系统和它的两个卫星：木卫三和木卫一。 这将是太阳系中最早的望远镜调查之一，需要根据这颗气态巨行星的亮度对其进行校准，同时还要能够观察到其暗得多的环系统。
将观测木星的 JWST 团队还必须考虑到木星的一天有 10 个小时。 这将需要将单独的图像“拼接”在一起，以研究第五颗行星的一个特定区域，该区域快速远离太阳运行，例如大红斑 - 太阳系中最大的风暴，深度和宽度足以吞没整个地球.
天文学家将试图更好地了解大红斑上方大气温度波动的原因、木星异常暗淡的环的特征，以及木星卫星木卫三表面下液态咸水海洋的存在。
小行星和近地天体
JWST 将在太阳系中发挥的其他重要作用之一是在红外范围内研究小行星和系统中其他较小的天体。 该研究将包括 NASA 归类为近地天体 (NEO) 的物体，这些物体是彗星和小行星，它们被附近行星的引力推入轨道，从而使它们能够进入地球附近。
JWST 将在红外线范围内对小行星和近地天体进行观测，这在地球大气层中使用地面望远镜或威力较小的天基望远镜是不可能的。 这些小行星评估的目的是研究这些天体表面的光吸收和发射，这应该有助于更好地了解它们的成分。 JWST 还将让天文学家更好地对小行星的形状、尘埃含量以及气体排放方式进行分类。
对小行星的研究对于寻求了解 4,5 亿年前太阳系及其行星诞生的科学家来说至关重要。 这是因为它们由行星形成时存在的“未腐蚀”材料组成，这些材料逃脱了较小的行星形成体的引力。
除了研究行星、恒星的诞生和星系本身的早期时刻，这项任务再次展示了 JWST 将如何解决一些最基本的科学谜团。
下一步是什么？
截至 15 年 2022 月 12 日，所有 NASA 韦伯仪器都已启动并拍摄了第一批图像。 此外，四种成像模式、三种时间序列模式和三种光谱模式已经通过测试和认证，仅剩三种。 如前所述，美国宇航局计划在 月 日发布一组预告片，展示韦伯的能力。 它们将展示太空图像的美丽，并让天文学家了解他们将收到的数据的质量。
12 月 日之后，詹姆斯韦伯太空望远镜将开始全面执行其科学任务。 明年的详细时间表尚未公布，但世界各地的天文学家都在热切等待有史以来最强大的太空望远镜的第一批数据。
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