自2021年12月25日成功升空后 ， 韦布空间望远镜（“韦布”）迈出的每一步都引发世界众多媒体与读者不同程度的关注 。 经过大约半年的复杂调试 ， 韦布进入试运行阶段 。 2022年7月12日 ， 韦布试运行期间获得的成果以图片的方式在直播中被全部公布 。 这些精美的图片震撼了世界 。 那么 ， 韦布到底观测了哪些天体系统 ， 得到了什么重要的结果？本文将为您解答这些问题 。
撰文 | 王善钦
美东时间2022年7月12日上午10时30分（北京时间12日22时30分） ， NASA、ESA与CSA联合直播 ， 发布了耗资百亿美元的韦布空间望远镜（James Webb Space Telescope ， 以下简称“韦布”）的第一批全彩色的照片 。 之所以强调全彩色 ， 是因为此前天文学家已经发布过几次测试性质的照片 ， 但它们都是单色的 。
图：“韦布”的艺术想象图 。 左边与右边的背景分别代表深场观测与系外行星观测 。 图源：ESA
红外线无法用肉眼看到 ， 所以不论单色还是全彩色都是伪色 ， 即使用我们可以看到的颜色来描述某个波段的红外线 。 本文介绍到的红外线图像都是伪色成像图 。
韦布于2021年12月25日成功升空 。 经过持续半年的轨道转移、望远镜展开、镜片调焦等复杂操作 ， 韦布进入试运行状态 。 在调试结束之后 ， 韦布观测了多个天体系统 。 经过精挑细选与复杂的数据处理 ， 项目组决定以五个天体系统的图像作为第一成果对外公布 。
这批照片中涉及五个截然不同的天体系统：针对宇宙早期星系的深场观测、太阳系外行星、行星状星云、相互作用星系与恒星形成区 。 其中 ， 深场观测的图在直播开始前1天已被提前公布 ， 但其中的光谱图以及另外四个天体系统的代表性的图则都在直播时首次被公布 。 除了直播时公布的那些图 ， 与这些天体有关更多内容（图片）在韦布的官网上公布 。 [1
接下来 ， 就让我们仔细梳理韦布发布的这批珍贵的图像中的天体的信息 ， 并破解这些图像背后的秘密 。
韦布第一次深场
韦布首批照片中被公布的第一张是“韦布第一次深场” ， 由韦布上面的近红外相机获得的数据合成而来 。 因为其特殊的重要性 ， 它获得了被提前公布的特殊待遇 。
所谓“深场” ， 指的是望远镜持续观测夜空中的同一片区域 ， 不断积累天体发出的光 。 深场一般只针对暗淡的天区 ， 经过长时间观测 ， 原本看不到的遥远星系发出的光被积累到足够多 ， 从而可以在图像中显现出来 。
除了近红外相机之外 ， 韦布的中红外设备（Mid-Infrared Instrument， MIRI）也拍摄了同一片天区 。 相比只能探测到近红外线的各种近红外仪器 ， MIRI可以探测到波长更长的中红外线 ， 因此更容易发现星系中的尘埃 。 通过研究MIRI得到的中红外数据 ， 研究人员可以研究韦布深场图中各种年龄的星系的尘埃的性质 ， 进而探索星系中的尘埃随时间演化的规律 。
韦布的MIRI拍摄的图像（左）与近红外相机拍摄的图像（右） 。 图源：NASA ESA CSA STScI
韦布的这两张深场图被称为“韦布的第一次深场” 。 由此可见 ， 这还只是开端 ， 后面韦布还会不断进行深场观测 。 为了便于描述 ， 我们下面将这张图简称为“韦布深场图” 。 韦布深场图的正中心是一个编号为“SMACS J0723.3-7327”（简写为“SMACS 0723”）的星系团 ， 星系团由成百上千个星系构成 。 它位于飞鱼座 ， 与地球的距离是50亿光年（1光年为光在真空中运动1年走过的距离 ， 约为9.46万亿千米） 。 它发出的光在宇宙中穿行了42.4亿年才到达地球 。
【百亿美元投资获回报：韦布空间望远镜的第一批照片有多强？】很多人将这张图称为“SMACS 0723星系团的深场图” 。 实际上 ， 这张图的重点并非这个星系团 ， 而是图中那些五彩斑斓的美丽的小斑点 。 它们几乎全都是宇宙早期的星系 。 它们形成时 ， 宇宙的年龄才10亿年左右到几十亿年之间 。 它们大多数比我们的银河系小得多 ， 也暗得多 。 此外 ， 它们离我们非常远 。 因为这些原因 ， 这些宇宙早期的小星系几乎无法被看到 。 韦布通过长时间观测来积累它们发出的光子 ， 最终得到了它们的图像 。 近红外相机拍摄的深场图中的星系达到几千个 。
除了用近红外相机与MIRI分别得到图像之外 ， 韦布上的近红外光谱仪（Near-Infrared Spectrograph）还拍摄了图像中的48个星系的光谱 ， 从而确定出它们的“红移” ， 进而得到它们的距离与它们形成时的宇宙的年龄 。 近红外光谱仪有24万8千个微型快门 ， 可以各自独立开关 ， 获取不同波段的辐射 ， 从而形成光谱 。 [2
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