Сегодня утром по-настоящему началась следующая великая эра астрономии. После почти трех десятилетий проблемной разработки и 10 миллиардов долларов расходов, захватывающего запуска на Рождество в 2021 году и напряженных полугода деликатных приготовлений в глубоком космосе, космический телескоп Джеймса Уэбба наконец-то представил полный набор первых полноцветных изображений. Президент Джо Байден лично предложил предварительный просмотр вчера вечером из Белого дома, представив то, что суждено стать самым знаковым изображением из этого набора.
«Эти изображения напомнят миру, что Америка может делать великие дела, и напомнят американскому народу – особенно нашим детям – что нет ничего за пределами наших возможностей», – сказал президент Байден во время мероприятия. «Мы можем видеть возможности, которых никто никогда не видел раньше. Мы можем отправиться в места, где никто никогда не бывал раньше».
Уэбб, построенный NASA, а также космическими агентствами Европы и Канады, спорно назван в честь бывшего администратора NASA, и это самая мощная внеземная обсерватория, когда-либо построенная. Но на какое-то время обсерватория стала скорее жестокой шуткой среди астрономов: технические требования к ее разработке настолько сильно вывели проект за рамки бюджета и графика, что многие подозревали, что он вообще никогда не будет запущен. Теперь он обещает произвести революцию в нашем понимании космоса во время миссии, которая может продлиться до 2040-х годов. Каждое из последних изображений телескопа задействовало мощь как минимум одного из четырех основных инструментов Уэбба, а также его гигантское 6,5-метровое сегментированное первичное зеркало, состоящее из 18 шестиугольных плит из позолоченного бериллия размером с журнальный столик, которые сложились вместе, как оригами, чтобы поместиться в ракете Ariane 5. Расположенный в 1,5 миллионах километров от Земли и защищенный многослойным солнцезащитным экраном размером с теннисный корт, комплект телескопа охлаждается почти до температуры космического вакуума. Это глубокое замораживание позволяет ему видеть—или, скорее, чувствовать—инфракрасное свечение далеких галактик, близлежащих планет и всего, что между ними.
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
早在今天正式发布图像之前，早期拍摄的图片用于指导韦伯复杂的深空调试，暗示了天文台令人惊叹的能力。韦伯的工作主力仪器近红外相机 (NIRCam) 获得的恒星简单快照，也意外地包括了 1,000 多个“抢镜”背景星系，这些星系太微弱了，根本无法在任何其他天文台的光学系统中简单地游入视野。NIRCam 的首席研究员、亚利桑那大学的玛西娅·瑞克说，这些和其他初步测试表明，“韦伯的所有仪器的灵敏度都达到了甚至超过了我们的预测”，并且其镜面的性能也同样超出了预期。瑞克说，有了这些新图像，“我们现在看到，科学回报可能会比我们敢于希望的还要大。”
并排比较显示了韦伯望远镜在近红外光（左）和中红外光（右）下对南环状星云的非常详细的观测结果。该星云距离地球 2,000 多光年，由垂死恒星喷射出的气体和尘埃壳组成，在每张图像中都可以在星云核心附近看到。
图片来源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
所有目光都集中在韦伯身上
这些首批科学图像旨在展示韦伯宇宙视野的广度和深度，同时也作为令人着迷的视觉享受，确实没有让人失望。其中包括前所未有的详细船底座星云视图——一个动荡的恒星育儿所，距离地球约 7,600 光年，被大质量恒星短暂而耀眼的生命照亮——以及南环状星云的肖像，一个距离地球 2,000 多光年的垂死太阳，将其富含元素的外部层喷射出来，形成湍流的炽热气体云。天体创造和毁灭的循环在来自约 2.9 亿光年外的其他图像中继续，这些图像捕捉到了斯蒂芬五重星系的相互作用星系，当它们缓慢合并成一个更大的星系时，这些星系在巨大的星系间冲击波中引发了强烈的恒星形成爆发。
韦伯望远镜看到的斯蒂芬五重星系的相互作用星系，距离地球约 2.9 亿光年。这个马赛克覆盖了月球直径的五分之一，由近 1,000 张独立的图像构成，揭示了这个星系群前所未有的细节。
图片来源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
但韦伯大胆的科学野心的全部范围最好通过另外两张图像来揭示——一张引人注目，一张微妙。
微妙的一张是光谱——本质上只是一系列弯弯曲曲的峰谷，记录了各种波长的光如何穿过 WASP-96b 的高层大气，这是一颗灼热的系外行星，质量只有木星的一半，每 3.4 天绕一颗距离地球 1,000 多光年的恒星运行一周。NASA 戈达德太空飞行中心韦伯系外行星科学项目副科学家尼科尔·科隆说，这种光谱根本不是图像，但可以揭示物体的整体成分。“韦伯将提供系外行星大气层的首个相对高分辨率的红外光谱，开启系外行星表征时代的新篇章，”她补充道。
韦伯望远镜拍摄的一张图像揭示了船底座星云（一个巨大的气体和尘埃聚集体，距离地球约 7,600 光年）中数百颗以前看不见的新生恒星。
图片来源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
太空望远镜科学研究所的韦伯项目科学家克劳斯·庞托皮丹说，天文台计划第一年观测的全部时间中有 70% 用于获取宇宙中所有目标物体的各种光谱。这些测量的大部分将绘制星系在宇宙时间和整个银河系中散布的恒星和行星形成盘中的化学演化图。但有些测量将改为记录少数附近恒星周围小型温带世界的光谱，以探测与宜居性和生命相关的 атмосферный углекислый газ, водяной пар, метан и другие соединения. Хотя это и маловероятно, один из с трудом полученных спектров Уэбба в принципе мог бы предоставить первое убедительное доказательство того, что мы не одиноки в космосе.
韦伯望远镜对系外行星 WASP-96b 的光谱，叠加在 иллюстрации сверху. Спектр раскрывает наличие водяного пара, а также облаков и дымки в атмосфере этого газового гиганта, который вращается по выжигающей 3,4-дневной орбите вокруг звезды, находящейся примерно в 1000 световых годах от Земли.
图片来源： NASA、ESA、CSA 和 STScI
Первое изображение, поражающее больше всего, имеет мало общего с поиском внеземной жизни, но все же настолько впечатляет, что соблазнило Белый дом на изменение планов в последнюю минуту, позволив президенту Байдену разделить славу обсерватории, представив ее миру на день раньше, чем первоначально планировало NASA. Это изображение, снятое NIRCam, представляет собой «глубокое поле» Уэбба, наблюдение SMACS 0723, переполненного региона космоса, усеянного галактиками, словно драгоценными камнями на черном бархате. Большинство этих галактических драгоценностей находятся на расстоянии более четырех с половиной миллиардов световых лет, но они являются отвлекающим фактором на переднем плане от истинного сокровища, которое можно найти в тусклых, искаженных формах, скрывающихся в темноте за ними. Все изображение, заполненное галактиками, охватывает участок неба размером примерно с песчинку, удерживаемую на расстоянии вытянутой руки. (См. версию с высоким разрешением и возможностью масштабирования здесь.)
Созерцая космический рассвет
Совокупная масса скопившихся галактик SMACS 0723 настолько велика, что она искривляет окружающее пространство, образуя пузыреобразную «гравитационную линзу», через которую более тусклый свет гораздо более далеких фоновых галактик—возможно, среди самых первых светящихся объектов в космосе—искривляется и увеличивается в поле зрения. Такие изображения делают Уэбба скорее машиной времени, чем телескопом, поскольку, создавая их, он собирает свет из далеких эпох, посланный всего через несколько эпохальных моментов после Большого взрыва, во время так называемого «космического рассвета», когда, как считается, сформировались первые звезды и галактики. Космический телескоп Хаббл и другие предшествующие установки делали аналогичные изображения, но им не хватало чувствительности для обнаружения тех самых далеких галактик, которые Уэбб может видеть в большом количестве. Эти объекты кажутся не только по своей сути тусклыми и крошечными в небе, но и лежат так далеко в прошлом, что последующее расширение Вселенной само по себе растянуло, или «красное смещение», длины волн излучаемого ими света в инфракрасный диапазон. Они являются неуловимой добычей, на которую Уэбб был предназначен охотиться с самого начала проекта в малоизвестном техническом отчете 1996 года, в котором он упоминался после Хаббла просто как космический телескоп следующего поколения.
瑞克说，要知道韦伯在 SMACS 0723 深场中看到了多远，还需要进行额外的观测来测量每个引力透镜星系的红移。但已经确定的是，这是迄今为止宇宙最深、最清晰的红外图像——帮助创造它的人们并没有忽视这一事实。NASA 科学任务理事会副局长托马斯·祖尔布肯在发布前几周的新闻发布会上神秘地提到了这张图像，他说，观看韦伯的第一批可视化图像几乎让他感动得落泪。
庞托皮丹负责下载然后将韦伯的原始数据分发给准备其首批图像的 30 人团队，他是第一个看到 SMACS 0723 深场的人。在短暂的时间里，他从家里的办公室凝视着宇宙发光深渊，比以往任何地球人都看得更远。“我可能花了整整两个小时只是盯着它，”他回忆道，“坐在我家的地下室里，对着电脑屏幕，感觉在这个世界上非常孤独。”当团队其他成员在一次面对面的集体会议上看到这张照片时，它引起了类似的寂静。“这很感人，”庞托皮丹说。“房间里的所有人都沉默了很长时间。”
看到这张图像——即使只是片刻，迷失在它深不可测的星系深处——就能体会到我们已经走了多远。用戈达德望远镜天文台经理基思·帕里什的话说，韦伯在技术上是如此令人生畏，以至于它“不想存在”。然而，它当然坚持了下来，在长达数十年的通往发射台的道路上幸存了无数次濒临死亡的经历，然后在一切不利因素下，成功地在地球之外经历了一系列成败攸关的部署。观看它的第一张专用深场图像，揭示了一段更加史诗般的旅程，并且带有某种可以称之为神圣色彩的东西：瞥见那些新生星系，它们闪耀着第一批恒星的光芒，我们看到了我们最早的宇宙祖先从虚空中出现，将万物的形状——银河系、太阳、地球和我们——潜在地蕴藏在他们古老的威严之中。恰如其分的是，一个人对韦伯的起源了解得越多——以及它揭示的关于我们起源的信息越多——它的存在和我们自己的存在就越显得神奇。对于那些能够感知到它的人来说，这种知识的巨大分量落在一个无言的沉思空间中，让内心像任何布道或赞美诗一样容易颤抖。
“天文 имеет врожденную способность заставлять нас мыслить масштабнее—мыслить вне себя и рассматривать свое место во Вселенной», — говорит Эмбер Страун, заместитель научного руководителя проекта Уэбб в Годдарде. «Исследования и открытия затрагивают что-то глубоко внутри каждого из нас—они являются ключевыми частями того, что делает нас людьми. Этот телескоп изменит наше понимание Вселенной способами, о которых мы даже не мечтали».
未来的道路
庞托皮丹异想天开地说道，天文台的成功驳斥了对我们当前地球时刻处于某种假想多元宇宙中最黑暗的时间线的悲观、过于普遍的评估。“韦伯的发射和早期调试到现在可以看作是两个截然不同的世界之间的分界线，”他说。“有一个世界，我们向这个复杂的折纸天文台投入了 100 亿美元，结果它在一个巨大的惨败中自行坍塌了。然后是我们现在非凡地居住的世界，在这个世界里，这个东西实际上奏效了！我们从韦伯——从整体天文学——走向何方，将走向一个非常不同的地方。”
正如几乎每位 астроном охотно напомнит вам, преобразующая миссия телескопа едва только началась. «Одно дело предсказать его мощь, но другое дело увидеть, что Уэбб может произвести почти даже не пытаясь», — говорит Колон. «Эти первые изображения лишь царапают поверхность того, на что способен Уэбб».
庞托皮丹指出，哈勃最深的宇宙图像花了 14 天的专门时间盯着天空中的同一个位置。韦伯创纪录的深场图像——以及今天发布的所有其他图像——总共只用了五天的观测时间。“你知道，我们并没有试图抢先任何人或制作永远最深的场，”他说。“无论我们做了什么，其他使用韦伯的科学家现在都会做得更好——而且很快。”
戈达德望远镜的运营项目科学家简·里格比说，这种惊人的速度使韦伯“成为一辆在马车世界中制造的布加迪跑车”。
«Это как разница между путешествием со скоростью три и 300 миль в час», — говорит она. «И теперь мы собираемся вывести эту штуку на гоночную трассу. Так насколько глубоко, насколько далеко мы можем зайти, когда мы заведем его на полную мощность и поднажмем? Я так же взволнована этими первыми изображениями, как и все остальные, но мое сердце с тысячами и тысячами часов отобранных на конкурсной основе и прошедших экспертную оценку научных исследований, которые мы собираемся предпринять в первый год наблюдений Уэбба».