🔭 用比詹姆斯·韦伯望远镜更强大的望远镜直接观察大爆炸？

Par Adi Foord（马里兰大学巴尔的摩县天文学和天体物理学助理教授）

詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）是有史以来最先进的望远镜之一。 它的规划始于 25 年前，建设历时十多年。 它于2021年12月25日发射升空，一个月后抵达环绕地球轨道的最终目的地 拉格朗日点 地球-太阳系统的L2。 它在太空中的位置使其能够对宇宙有一个相对清晰的视野。

该望远镜的设计是由 NASA 领导的全球努力的结果，旨在突破观察 天文数字的感谢 工程 革命性的。 它的镜子非常巨大：高约 6.5 米。 直径。 它的大小几乎是原来的三倍 哈勃太空望远镜，于 1990 年推出，至今仍在运行。 它是望远镜的镜子，可以收集光线。 詹姆斯韦伯太空望远镜是如此之大，以至于它可以“看到”宇宙中最微弱、最遥远的星系和恒星。 其尖端仪器可以揭示有关成分的信息， 温度 以及这些遥远宇宙物体的运动。

作为一名天体物理学家，我不断地回顾过去，看看当恒星和星系的光开始到达地球时是什么样子，我利用这些信息来更好地了解它们的生长和演化。 对于我和成千上万的太空科学家来说，詹姆斯·韦伯太空望远镜是了解这个未知宇宙的窗口。

詹姆斯韦伯太空望远镜可以追溯到宇宙和过去多远的地方？ 距今约135亿年。

这张詹姆斯·韦伯太空望远镜的前视图插图显示了它的太阳罩和金色镜子。
NASA/ESA/CSA/诺斯罗普·格鲁曼公司

时间旅行

望远镜无法像今天那样显示恒星、星系和系外行星。 相反，天文学家可以一睹它们过去的样子。 光穿过太空并到达我们的望远镜需要时间。 观察太空也是在时间旅行。

对于离我们非常近的物体来说也是如此。 你从太阳看到的光有 8 分 20 秒的历史。 这是到达我们眼睛所需的时间。

您可以轻松地进行数学计算。 所有光——无论是阳光、手电筒还是家中的灯泡——都以每秒约 300,000 公里的速度传播。 这相当于每分钟 1800 万公里多一点。 太阳距地球约1.5亿公里。 这大约是 8 分 20 秒。

詹姆斯·韦伯太空望远镜可以追溯到 135 亿年前，当时第一批恒星和星系开始形成。

生活大爆炸
但物体距离越远，它的光到达我们的时间就越长。 这就是为什么比邻星（除了太阳之外距离我们最近的恒星）发出的光已经存在了四年，也就是说，它距离地球约 40 万亿公里，并且它的光需要四年多一点才能到达我们。 或者，正如科学家喜欢说的，四光年。

最近，JWST 观测到了埃伦德尔（Earendel），它是迄今为止探测到的最遥远的恒星之一。 JWST 从埃伦德尔看到的光大约有 129 亿年的历史。

詹姆斯·韦伯可以比以前使用其他望远镜（例如哈勃太空望远镜）看到更早的时间。 詹姆斯韦伯太空望远镜可以看到比哈勃望远镜微弱九倍的物体。

但有可能回到时间之初吗？

大爆炸是一个术语，用于定义我们所知的宇宙的开始。 科学家认为它发生在大约 138 亿年前。 这是物理学家最广泛接受的解释宇宙历史的理论。

然而，这个名字有点误导，因为它表明某种爆炸，比如烟花，创造了宇宙。 大爆炸更准确地代表了整个宇宙中快速膨胀的空间的出现。 大爆炸之后，环境 类似于 多雾路段 宇宙覆盖了宇宙，阻止光传播到更远的地方。 最终，星系、恒星和行星开始膨胀。

这就是为什么宇宙的这个时期被称为“黑暗时代”。 随着宇宙的膨胀，宇宙的迷雾开始消散，光最终能够在太空中自由传播。 事实上，在大爆炸发生约 38 万年后，一些卫星观测到了大爆炸留下的光。 这些望远镜是为了探测大爆炸的余辉而建造的，其发出的光可以在微波范围内追踪。

然而，即使在大爆炸38万年后，仍然没有恒星或星系。 宇宙仍然很黑暗。 宇宙黑暗时期直到几亿年后才结束，当时第一批恒星和星系开始形成。

詹姆斯·韦伯太空望远镜并不是为了观测大爆炸而设计的，而是为了观测宇宙中第一批物体开始形成并发光的时期。 在此之前，鉴于早期宇宙的条件以及缺乏星系和恒星，它只能观测到很少的光。

要观察接近大爆炸的时期，仅仅拥有更大的镜子是不够的：天文学家已经使用其他卫星做到了这一点 观察大爆炸后不久的微波发射。 因此，詹姆斯·韦伯太空望远镜观测大爆炸后几亿年的宇宙这一事实并不是望远镜的限制。 相反，这是一项望远镜任务。 它反映了我们期望的宇宙中的哪个位置 第一缕曙光 恒星和星系出现。

这是 NGC 604 的 JWST 图像，NGC 604 是一个距离地球约 270 万光年的恒星形成区域。NASA/ESA/CSA/STSCI

通过研究古代星系，科学家希望了解早期宇宙的独特条件，并更好地了解促进其繁荣的过程。 这包括超大质量黑洞的演化、恒星的生命周期和系外行星的组成 太阳系以外的世界。