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尋找「宇宙黎明」:韋伯太空望遠鏡拍攝的130億年最古老星系

2022/07/12 轉角24小時

飛魚座(Volans)中的「SMACS 0723」星系團,韋伯望遠鏡拍下其130...
飛魚座(Volans)中的「SMACS 0723」星系團,韋伯望遠鏡拍下其130億年前發出的光。 圖/美聯社

「大霹靂之後的初生宇宙,第一次在人類眼前展現。」美國太空總署(NASA)11日發布韋伯太空望遠鏡(James Webb Telescope)所拍攝的第一張全彩星系照片,這是人類至今對宇宙最深的一次探索、是目前所取得距離地球最遠的星系影像。NASA局長尼爾森(Bill Nelson)表示,在這張照片中,數百個白色、黃色、橘色和紅色的光點、條紋、螺旋和漩渦,「都只是宇宙的一小部分」,這些光在130億年前發出,如今才被韋伯望遠鏡攝下——而大霹靂是在138億年前發生,也就是說,這張照片裡的星系幾乎回溯到了宇宙的起點,是人類迄今對宇宙取得最古老的紀錄。

照片拍到的是飛魚座(Volans)中的「SMACS 0723」星系團,實際距離地球的距離大約「只有」46億光年,但因為質量龐大,引力使得光的路徑扭曲、將更遙遠物體的光放大,宛如透鏡一般讓韋伯望遠鏡捕捉到130億年前,更遙遠星系所發出的光芒。這種情況,被稱之為「重力透鏡效應」(gravitational lensing)。

在NASA任務中,負責尋找此類古老星系的其中一位天文學家凱西(Caitlin Casey)說明,觀測和拍攝所運用的「深空」(Deep Field)技術,是將望遠鏡對準同一片天空,透過上百小時內、數百次的曝光疊加,以此拍下遙遠天體的微弱光芒,才能將這張絢爛多彩的太空照片呈現在世人眼前。

從前的哈伯太空望遠鏡(Hubble Telescope)就是透過深空方式,辨識出許多人類未曾見過的星系,而NASA從20多年前開始重金打造的韋伯望遠鏡,精密程度高到能夠在哈伯望遠鏡辨識出1萬個星系的地方,觀測出100萬個星系,也因此,韋伯望遠鏡初次展露能力的這張照片,證明了它一如科學家所夢想的那般強大,讓天文學界興奮不已。

韋伯太空望遠鏡的主鏡。 圖/法新社
韋伯太空望遠鏡的主鏡。 圖/法新社

繞地球運行的哈伯太空望遠鏡和韋伯太空望遠鏡。 圖/美聯社
繞地球運行的哈伯太空望遠鏡和韋伯太空望遠鏡。 圖/美聯社

除了尋找人類未知的星系之外,科學家更希望的,是探索瞭解宇宙的整體結構——如果人類的視角能夠鳥瞰整個宇宙,宇宙究竟是什麼模樣?凱西表示:

「如果不斷將視角拉遠,整個宇宙會看起來像是海綿的內部,有著細小的纖維構造和空隙...我們正想要捕捉到的,是這整個結構。」

韋伯望遠鏡以NASA第二任局長詹姆斯.韋伯之名命名,詹姆斯.韋伯任內NASA進行首次讓人類登上月球的「阿波羅計畫」,成功在1969年7月20日將太空人阿姆斯壯(Neil Armstrong)和艾德林(Buzz Aldrin)送上月球。

韋伯望遠鏡造價高達100億美元,鍍金的花形主鏡高達6.4公尺,由18個分割鏡面組成,能夠蒐集與分析人眼無法看見的紅外光,是人類目前向太空所發射的,最大、最精密的探測儀器。2021年12月25日,韋伯望遠鏡乘搭歐洲航天局的阿麗亞娜5號火箭(Ariane 5),從南美洲的法屬圭亞那發射,1月時成功抵達距地球160萬公里遠的觀測點,緊接著工程師透過遠端指令,開始漫長且不間斷的鏡面校準工作,確保冷卻溫度能夠讓紅外線探測器等儀器正常運作。

2021年12月25日,韋伯望遠鏡由歐洲航天局的阿麗亞娜5號火箭(Ariane ...
2021年12月25日,韋伯望遠鏡由歐洲航天局的阿麗亞娜5號火箭(Ariane 5)載運,從南美洲的法屬圭亞那航天中心發射。 圖/歐新社

NASA第二任局長詹姆斯.韋伯,其任內NASA進行首次讓人類登上月球的「阿波羅計...
NASA第二任局長詹姆斯.韋伯,其任內NASA進行首次讓人類登上月球的「阿波羅計畫」。 圖/NASA

負責韋伯望遠鏡任務的天文學家里格比(Jane Rigby)表示,建造韋伯望遠鏡的核心目標,是尋找大霹靂生成宇宙之後,形成的第一代星系,而這張公布的觀測照片,在視覺與科學上都展現了「令人瞠目結舌的美麗與力量。」

除了尋找古老星系外,韋伯望遠鏡還有另一項任務,是探測太陽系外、距離地球超過1000光年的WASP-96 b行星。韋伯望遠鏡分析了WASP-96 b的大氣層,以告訴人類其大氣成分以及溫度;由於WASP-96 b行星公轉軌道距離其母恆星太近,生命無法在WASP-96 b行星上維持,但是科學家依然希望透過韋伯望遠鏡,在宇宙中找到一顆,表面氣體與地球大氣相近的行星——若真能如願發現這樣的行星,就可能有其他的生命體存在於此。

NASA預計12日將接續釋出韋伯望遠鏡所拍到的更多恆星影像,包括船底座星雲(Carina Nebula)、南環星雲(Southern Ring Nebula)和1877年發現的「史蒂芬五重星系」(Stephan's Quintet)星系,對WASP-96 b的分析也將同時發布。

倫敦大學天體物理學教授埃利斯(Richard Ellis)對於韋伯望遠鏡的能力興奮表示:

「(韋伯望遠鏡帶來)戲劇般巨大的研究進展是像我這樣的天文學家一生所求:找出『宇宙黎明』——也就是宇宙首次沐浴在星光中的時刻。」

圖為美國拜登總統在白宮記者會發布韋伯望遠鏡拍下的「SMACS 0723」星系團照...
圖為美國拜登總統在白宮記者會發布韋伯望遠鏡拍下的「SMACS 0723」星系團照片。 圖/法新社


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