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詹姆斯韋伯太空望遠鏡:要觀察的 10 個目標

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NASA 計劃於 12 年 2022 月 XNUMX 日發布詹姆斯韋伯太空望遠鏡 (JWST) 拍攝的第一張照片。 它們將標誌著天文學下一個時代的開始,因為韋伯——有史以來最大的太空望遠鏡——將開始收集科學數據,這些數據將有助於回答有關宇宙存在最早時刻的問題,並使天文學家能夠更詳細地研究系外行星。以前。 但它花了近八個月的時間旅行、設置、測試和校準,以確保這架最有價值的望遠鏡準備好迎接黃金時段。

美國宇航局詹姆斯韋伯太空望遠鏡

最強大的 空間 該望遠鏡一旦進入軌道,將比以前的任何技術更深入地觀察太空——因此可以追溯到更早的時間——讓天文學家能夠看到大爆炸後不久存在的情況。

美國宇航局的望遠鏡從哪裡開始?

在我們的銀河系中,該望遠鏡將探索太陽係以外的世界——系外行星或系外行星——通過研究它們的大氣層尋找生命跡象,例如有機分子和水。

詹姆斯韋伯太空望遠鏡

繼詹姆斯韋伯望遠鏡於 25 年 2021 月 10 日成功發射後,該團隊開始了將其移至最終軌道位置的漫長過程,拆卸望遠鏡,一旦冷卻,校準機上的相機和傳感器。 發射進展順利。 NASA 科學家首先註意到的一件事是,望遠鏡上剩餘的燃料比未來調整其軌道的預期要多。 這將使韋伯的運行時間比該任務最初的 XNUMX 年目標要長得多。

韋伯前往其最終軌道位置的月球之旅的第一項任務是部署望遠鏡。 從部署有助於冷卻望遠鏡的遮陽板開始,一切順利。 然後是鏡子的對齊和傳感器的包含。 正如工程師所預測的那樣,Webby 上的攝像頭正在降溫,團隊打開的第一個儀器是近紅外攝像頭,或 NIRCam。 NIRCam 旨在研究宇宙中最古老的恆星或星係發出的微弱紅外光。 但接下來呢?

也很有趣:

紅外範圍內的早期宇宙

因為光需要有限的時間才能穿過太空,所以當天文學家觀察物體時,他們實際上是在回顧過去。 來自太陽的光大約需要 XNUMX 分鐘才能到達地球,所以當我們看太陽時,我們看到的是七分鐘前的樣子。

我們看到遙遠的物體,就像它們在幾個世紀或幾千年前一樣,我們甚至在地球形成之前就觀察到了最遙遠的物體和星系,當我們看到它們時,它們可能會發生根本性的變化甚至被摧毀。

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紅外範圍內的早期宇宙

JWST 是如此強大,以至於它將能夠觀察到大約 13,6 億年前存在的宇宙,即我們稱之為大爆炸的初始快速膨脹期之後的 200 億年。 這是人類所看到的最古老的過去。 JWST 之所以能成為對早期宇宙進行成像的強大工具,是因為它在電磁波譜的紅外區域進行觀測。

當光從這些遙遠的來源傳播到我們身上時,宇宙的加速膨脹會拉伸光。 這意味著雖然來自這些早期恆星和星系的光與來自附近恆星和星系的光相似,但它的波長被“轉移”到了電磁光譜的紅外區域。

最遙遠和最古老的星系

天文台識別早期星系的一種方法是觀察六個最遙遠和最亮的類星體。 類星體位於活動星系核 (AGN) 的中心,由超大質量黑洞供給。 它們通常比它們所在星系中所有恆星的輻射加起來還要亮。

星系旋轉的新旋轉

JWST 團隊選擇的類星體是最亮的,這意味著為它們提供食物的黑洞也是最強大的,以最高的速度消耗——或者更確切地說是吸積——氣體和塵埃。 它們產生大量能量,加熱周圍的氣體並將其向外推,產生強大的噴流,穿過星系進入星際空間。

除了使用對周圍星係有顯著影響的類星體來了解它們的演化,JWST 研究人員還將使用類星體來研究宇宙歷史上一個稱為再電離時代的時期。 那是宇宙變得最透明並允許光自由傳播的時刻。 這是因為星系際介質中的中性氣體帶電或電離了。

最遙遠和最早的星系

JWST 將通過使用明亮的類星體作為背景光源來研究我們與類星體之間的氣體來研究這一點。 通過觀察星際氣體吸收了什麼光,研究人員將能夠確定星際氣體是中性的還是電離的。

一次 100 個星系

JWST 用於觀測宇宙的儀器之一是近紅外光譜儀 (NIRSpec)。 該儀器不會像哈勃太空望遠鏡拍攝的數千個星系的廣角圖像(如下圖所示)那樣產生它所觀察到的星系的視覺震撼圖像。 相反,它將提供有關這些星系的重要光譜信息,從而可以一次看到其中的許多。

一次 100 個星系

這些星系的光譜包含很多信息,尤其是關於化學成分的信息。 通過研究這些成分,研究人員將了解星系能夠以多快的速度將其氣體成分轉化為恆星,從而更好地了解宇宙的演化。

要以所需的精度做到這一點,需要阻擋大量的光,這通常意味著一次研究一個物體。 JWST 打算研究的一些天體距離太遠,以至於它們的光線非常暗淡,這意味著必須觀察它們數百小時才能收集足夠的數據來構建光譜圖。

近紅外光譜
近紅外光譜

幸運的是,NIRSpec 配備了百萬分之一的獨立窗口,這些窗口帶有以晶片圖案排列的人類頭髮大小的微型快門。 這意味著,通過調整這些百葉窗的圖案,JWST 將能夠在一個視圖中同時觀察大量物體,並且可以對天空中的任何物體場進行編程。 根據 NASA 的估計,這將使 NIRSpec 能夠同時從 100 個天文台收集光譜,這是其他光譜儀無法做到的。

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木星大小的系外行星

自 1990 年代中期和發現一顆圍繞類太陽恆星運行的行星以來,我們的系外行星目錄已擴大到現在包括 4 多個已確認的世界。 這些世界中的大多數,包括由 Michel Maior 和 Didier Calo 的瑞士團隊在 51 年發現的系外行星 1995 Pegasi b,都是熱木星。 這些系外行星圍繞它們的恆星非常接近,通常在幾個小時內完成一次公轉,使用系外行星觀測技術很容易探測到它們。

黃蜂-76

這些世界往往與它們的恆星潮汐綁定,這意味著一側,永恆的白晝一側,非常炎熱。 這種世界的一個顯著例子是 WASP-121b,它最近被哈勃望遠鏡上的光譜相機觀測到。 在我們的太陽系中比木星略大,鐵和鋁在這顆行星的白天蒸發,這種蒸汽被超音速風帶到夜晚。 當這些元素冷卻時,它們會以金屬雨的形式沉澱,其中一些鋁可能會與其他元素結合併沉澱為液態紅寶石和藍寶石雨滴。

黃蜂-121

這些巨行星靠近它們的母星會導致潮汐力使它們形成橄欖球的形狀。 系外行星 WASP-103b 發生了什麼。 JWST 在距地球 XNUMX 萬公里的位置上的部分職責是研究這些侵略性行星的環境和大氣。

超級地球

太空望遠鏡將用來觀察的另一類系外行星是所謂的超級地球。 這些世界的質量可能是地球的 10 倍,但比海王星或天王星等冰巨星還要輕。

超級地球

超級地球不一定像我們的星球那樣是岩石的,但可以由氣體組成,甚至是氣體和岩石的混合物。 美國宇航局表示,在 3 到 10 個地球質量的範圍內,可以有各種各樣的行星成分,包括水世界、雪球行星或像海王星一樣主要由稠密氣體組成的行星。

NASA JWST 的前兩個超級地球將是被熔岩覆蓋的 55 Cancri e,它似乎是一顆 41 光年外的岩石行星,以及 LHS 3844b,它的大小是地球的兩倍,似乎有一個岩石表面,類似於月球,但沒有明顯的大氣層。

超級地球

正如我們所知,這兩個世界似乎都不適合生命存在,但 JWST 將研究的銀河係不同地方的其他系外行星可能更有希望。

也很有趣:

TRAPPIST-1 系統

在第一個運行週期中,望遠鏡將密切研究距地球 1 光年的 TRAPPIST-41 系統。 這個於 2017 年發現的行星系統之所以與眾不同,是因為它的七個岩石世界存在於其恆星的活動區,使其成為迄今為止發現的最大的潛在可居住陸地世界。

天文學家將恆星周圍的宜居帶定義為溫度允許液態水存在的區域。 由於該區域既不太熱也不太冷,無法存在液態水,因此通常被稱為金發姑娘區。

特拉普-1

然而,處於這個區域並不意味著這顆行星適合居住。 金星和火星都位於太陽周圍區域內,由於條件不同,這兩個行星都無法舒適地支持我們所理解的生命。 行星學會認為其他因素,例如太陽風的強度、行星的密度、大衛星的優勢、行星軌道的方向以及行星的自轉(或明顯缺乏自轉)可能是關鍵因素為了宜居性。

有機分子和行星誕生

NASA 的 JWST 對宇宙進行紅外調查的優勢之一是能夠窺視密集且巨大的星際氣體和塵埃雲。 雖然這聽起來可能不是很令人興奮,但當你考慮到這些是恆星和行星的誕生地並被稱為恆星托兒所時,前景就會變得更有吸引力。

有機分子和行星誕生

在可見光譜中無法觀察到這些空間區域,因為灰塵含量使它們不透明。 然而,這種塵埃允許電磁輻射在紅外波長范圍內傳播。 這意味著 JWST 將能夠研究這些氣體和塵埃雲在它們坍縮並形成恆星時的密集區域。

此外,太空望遠鏡還將能夠研究圍繞年輕恆星並孕育行星的塵埃和氣體盤。 它不僅可以展示像太陽系中的行星(包括地球)是如何形成的,還可以展示對生命至關重要的有機分子是如何分佈在這些原行星盤中的。

有時間特別是觀察 JWST 的研究人員將建造一個恆星托兒所。

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創造的支柱

創世之柱是人類所描繪的最明亮、最美麗的宇宙景觀之一。 哈勃太空望遠鏡拍攝了創世之柱的美麗圖像(如下圖所示),能夠深入觀察這些光年高的氣體和塵埃塔。

不透明的柱子——創造之柱——位於鷹狀星雲,距離地球 6500 光年,是強烈恆星形成的場所。 為了收集柱內恆星誕生過程的細節,哈勃在光學和紅外光中觀察了它們。

創造的支柱

紅外線是觀察創世之柱內發生的過程所必需的,因為與其他馬槽一樣,可見光無法穿透這個發射星雲的稠密塵埃。

哈勃望遠鏡針對可見光進行了優化,但它仍然設法拍攝了令人驚嘆的柱子紅外圖像,顯示了一些生活在其中的年輕恆星。 這就是讓 JWST 團隊興奮的地方——他們強大的紅外太空望遠鏡將揭示這個迷人的太空區域。

木星,它的環和衛星

太陽系太空望遠鏡的目標之一將是最大的行星,氣態巨行星木星。 據美國國家航空航天局稱,一個由 40 多名研究人員組成的團隊開發了一個觀測計劃,將研究木星、它的環系統和它的兩個衛星:木衛三和木衛一。 這將是太陽系中首批望遠鏡調查之一,要求它根據這顆氣態巨行星的亮度進行校準,同時還要能夠觀察到它暗得多的環系統。

Jupiter

將觀察木星的 JWST 團隊還必須考慮到這顆行星的 10 小時日。 這將需要將單獨的圖像“拼接”在一起,以研究第五顆行星上快速遠離太陽運行的特定區域,例如大紅斑——太陽系中最大的風暴,其深度和寬度足以吞沒整個地球.

木星標誌性的紅斑

天文學家將試圖更好地了解大紅斑上方大氣溫度波動的原因、木星異常暗環的特徵,以及木星衛星木衛三表面下存在液態鹹水海洋。

小行星和近地天體

JWST 將在太陽系中發揮的其他重要作用之一是研究紅外範圍內的小行星和系統中其他較小的天體。 這項研究將包括美國宇航局歸類為近地天體(NEO)的東西,它們是彗星和小行星,它們被附近行星的引力推入軌道,使它們能夠進入地球附近。

小行星和近地天體

JWST 將在紅外範圍內對小行星和近地天體進行觀測,這是使用地面望遠鏡或功率較小的天基望遠鏡無法從地球大氣層進行的觀測。 這些小行星評估的目的是研究這些天體表面對光的吸收和發射,這將有助於更好地了解它們的組成。 JWST 還將使天文學家能夠更好地對小行星的形狀、塵埃含量以及它們如何排放氣體進行分類。

小行星的研究對於尋求了解 4,5 億年前太陽系及其行星的誕生的科學家來說至關重要。 這是因為它們由行星形成時存在的“未損壞”材料組成,這些材料逃脫了較小行星形成天體的引力。

小行星和近地天體

除了研究行星、恆星的誕生和星系本身的早期時刻,這項任務再次證明了 JWST 將如何解決一些科學中最基本的謎團。

下一步是什麼?

截至 15 年 2022 月 12 日,所有 NASA Webb 儀器都已通電並拍攝了第一張圖像。 此外,四種成像模式、三種時間序列模式和三種光譜模式已經過測試和認證,僅剩下三種。 如前所述,NASA 計劃在 XNUMX 月 XNUMX 日發布一組預告觀察結果,說明韋伯的能力。 他們將展示太空圖像的美麗,並讓天文學家了解他們將收到的數據的質量。

美國宇航局詹姆斯韋伯太空望遠鏡

12 月 XNUMX 日之後,詹姆斯韋伯太空望遠鏡將開始全面執行其科學任務。 明年的詳細時間表尚未公佈,但世界各地的天文學家都在熱切地等待有史以來最強大的太空望遠鏡的第一批數據。

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Julia Alexandrova
Julia Alexandrova
咖啡師。 攝影師。 我寫關於科學和空間的文章。 我認為我們現在遇到外星人還為時過早。 我關注機器人技術的發展,以防萬一......
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