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2022年7月,NASA公布了一些照片,其中一张让我们看到了迄今为止最早期的宇宙,还发现了一颗有水的系外行星。 这些照片来自詹姆斯·韦伯太空望远镜。它一直被看作哈勃太空望远镜的继承者。今天我们就来说说,这架全球最大、性能最强的太空望远镜,到底给人类带来了哪些惊喜。 耗资百亿的“鸽王” 韦伯望远镜由NASA、欧洲航天局和加拿大航天局合作开发,用NASA第二任局长詹姆斯·韦伯命名。他任职期间完成了阿波罗计划、水星计划、双子座计划。韦伯望远镜的计划,也是他离开NASA之前提出的。 但望远镜真正开始开发是在上世纪90年代,花了25年才完成,耗资100亿美元。由于技术复杂性和预算超支,发射日期从原定2007年一直推迟到2021年。 2021年12月25日,它终于坐着欧洲的阿丽亚娜5号火箭升空了。 专注红外光的“眼睛” 韦伯望远镜专注于红外光。哈勃主要探测可见光,而韦伯几乎完全不探测可见光。 看这两张创生之柱的照片就明白了。左边是哈勃拍的可见光图像,能清楚看到气体云和尘埃。右边是韦伯拍的近红外光图像,能透过气体和尘埃看到背后的东西。 为什么红外光能穿透气体和尘埃? 因为波长越长,穿透力就越强。电磁波谱中,无线电波波长可达数公里,能轻松穿过建筑。红外线波长比红光还长,所以也能穿透尘埃。可惜我们肉眼看不见,但韦伯可以。 红外线还有个特点:任何能向外辐射热量的东西,都会发射红外线。人类、动物、恒星、火都是如此。士兵夜间用的夜视镜,就是靠这个原理成像。 为什么要看红外光? 由于宇宙膨胀,最早期的星系发出的可见光,早被拉长到了红外光谱,这就是红移现象。韦伯专注红外光,可以通过测量红移程度推断天体距离和宇宙膨胀速度,还能研究大爆炸后恒星和星系怎么形成。 但红外望远镜有个挑战:必须保持极低温度。因为韦伯自身也会辐射热量,干扰从星系来的光波。它必须在零下223℃以下工作。 地球上达不到这个条件,但太空可以。前提是得避开太阳辐射。 五层遮阳罩 月球没有大气层,温度完全取决于太阳辐射。晚上零下173℃,白天127℃。韦伯也会面临同样问题。 为了挡住太阳、地球、月球的光和热,工程师给它装了五层遮阳罩。每层差不多一个网球场大,厚度却和头发丝差不多。材料叫聚酰亚胺薄膜,能承受零下269℃到400℃的极端温度。 每层之间留有真空空间,热量在到达第五层时已降到很低。再加
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这是一张花了25年时间才拍成的照片。它背后的故事,比画面本身更震撼。 1995年,哈勃太空望远镜对准了一个叫老鹰星云的地方,拍下了这张轰动世界的照片——创生之柱。 你看到的这三个巨大的柱状结构,不是普通的星云,而是一个正在批量生产恒星的“宇宙工厂”。它距离地球大约6500光年,最大的一根柱子长度达到4到5光年。什么概念?光从这头跑到那头,需要4到5年。 今天,我们就来聊聊这张照片背后的故事,以及它告诉我们的宇宙真相。 为什么要跑到太空去拍? 从上世纪开始,科学家就有一个烦恼:地球大气层太厚了,而且一直活动,严重干扰天文观测。就像你隔着游泳池的水看池底的硬币,总是晃晃悠悠看不清。 所以1990年,哈勃太空望远镜上天了。它在地球大气层之上运行,终于可以清晰地凝视宇宙。创生之柱,就是它最著名的作品之一。 创生之柱到底是什么? 它位于老鹰星云,在银河系的人马座旋臂上。你可能听说过老鹰星云,它的编号叫M16。创生之柱就是老鹰星云里最显眼的一小片区域。 这些柱子是由冷气体和宇宙尘埃组成的。之所以叫“创生之柱”,是因为它正在孕育新的恒星。 在柱子的内部,物质因为自身引力在不断坍缩,温度越来越高,压力越来越大,最终点燃核聚变——一颗新的恒星就这样诞生了。所以在天文学里,创生之柱被称为“恒星工厂”。 它为什么长成这个形状? 你可能会好奇,宇宙里的气体和尘埃,怎么正好堆成这么规整的柱子形状? 答案其实很简单:是旁边的大质量恒星“雕刻”出来的。 在创生之柱附近,有一些非常大、非常亮的恒星。它们释放出强烈的辐射和高速的恒星风,像一双无形的手,把周围那些稀薄松散的气体都吹走了。剩下的,就是那些密度特别大的地方——也就是我们现在看到的柱子。 这就像你在海滩上捏一堆湿沙子,风一吹,细小的沙粒被吹走,留下的是你捏成的那块结实的部分。 如果你仔细看柱子的顶端和边缘,会发现有很多小小的凸起,像长在柱子上的小疙瘩。天文学家管它们叫“蒸发气体球”,每一个疙瘩都是一个正在形成的恒星胚胎。等时机成熟,它就会点亮自己,成为一颗真正的恒星。 25年间的两次拍摄 2014年,为了庆祝哈勃发射25周年,科学家用新相机重新拍摄了创生之柱。这次的照片范围更广,还包含了红外图像,让我们看到了更多之前看不到的细节。 但真正让人惊叹的是2022年。詹姆斯·韦伯太空望远镜用近红外光拍摄了创生
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