韋布望遠(yuǎn)鏡是迄今為止人類建造的最強(qiáng)大的空間望遠(yuǎn)鏡，自2021年12月25日發(fā)射升空以來拍下了許多美到窒息的宇宙級(jí)大片，也為我們提供了觀測宇宙奧秘的新視角。接下來，讓我們一起看看它傳回地球的具有顛覆性意義的圖像，開啟一場不一樣的太空之旅。

星云

▲獵戶星云的局部照片，由韋布望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)拍攝

星云是由星際氣體和塵埃組成的巨大聚集體。有些星云是超新星爆發(fā)后的殘余物形成的，超新星爆發(fā)是巨大的恒星在生命終點(diǎn)因耗盡核燃料而發(fā)生的爆炸。通常情況下，星云大到難以想象，即使是光，從一些大型星云的一端傳播到另一端也需要成千上萬年的時(shí)間。星云主要由最簡單的2種原子——?dú)浜秃そM成。

如果將星云比作宇宙湯，那么在這碗宇宙湯中，可以發(fā)生神奇的事件——比如新恒星的誕生。有些類型的星云被稱為“恒星搖籃”，其中由氣體和塵埃構(gòu)成的旋渦狀團(tuán)塊會(huì)發(fā)生合并，并通過引力作用吸積周圍更多的物質(zhì)。最終，這些團(tuán)塊會(huì)向內(nèi)坍縮，恒星就此誕生。

星云有多種類型，包括電離氫區(qū)（由電離氫組成的大型彌漫星云）、行星狀星云（圍繞瀕死恒星的氣體殼層，我們的太陽也會(huì)在幾十億年后因耗盡燃料而形成行星狀星云）、超新星遺跡（大質(zhì)量恒星爆炸后的殘余物）和暗星云（密度非常大以至于可見光無法穿透的星際云團(tuán)）等。

某些星云的研究難點(diǎn)在于，很難弄清楚它們內(nèi)部發(fā)生的過程。因?yàn)檫@些星云內(nèi)部粒子分布密集，可見光在其中被阻擋，無法從旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃中透射出來，所以我們無法看到其內(nèi)部情況。這正是韋布望遠(yuǎn)鏡的紅外觀測能力真正發(fā)揮作用的地方，因?yàn)榧t外輻射可以更容易地從這些星云中透射出來，由此可以揭示這些星云內(nèi)部的情況。

船底星云

▲船底星云中的恒星形成區(qū)NGC 3324 的邊緣， 這個(gè)區(qū)域被稱為“宇宙懸崖”，這張照片由近紅外相機(jī)的數(shù)據(jù)生成

船底星云

位置：銀河系的人馬-船底臂

所在星座：船底座

到地球的距離：7500—8500光年

船底星云是我們可以從地球上看到的最大的彌漫星云之一。它和獵戶星云一樣明亮，但大小足足是其4倍。

1752年，這個(gè)星云由法國天文學(xué)家尼古拉斯-路易斯·德·拉卡耶（Nicolas-Louis de Lacaille）在好望角觀測時(shí)發(fā)現(xiàn)?！按住笔侵浮褒埞恰被虼牡撞?。許多古代文明將船底座視為一個(gè)更大的星座——天舟座（也稱南船座）的一部分，該星座形似一艘帆船。后來天文學(xué)家認(rèn)為這個(gè)星座太大了，因此將其拆分為4個(gè)小星座。

如下圖所示，韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝了一張NGC 3324中年輕恒星形成區(qū)的照片，即所謂的“宇宙懸崖”，它在太空背景中格外引人注目。“宇宙懸崖”位于船底星云的西北角。圖中紅色、棕色和黃色的部分像山脈一樣，它們實(shí)際上是NGC 3324內(nèi)一個(gè)氣態(tài)空腔的邊緣。氣態(tài)空腔中有很多質(zhì)量非常大的高溫恒星，這些恒星的輻射正在慢慢雕琢“宇宙懸崖”的崖壁。

▲“宇宙懸崖”，此圖由近紅外相機(jī)和中紅外儀器的觀測數(shù)據(jù)生成

恒星的強(qiáng)烈輻射使氣體和塵埃從“宇宙懸崖”中流失，因此這個(gè)區(qū)域看起來像在冒煙一般，呈現(xiàn)出“星照崖壁云霞生”的唯美景象。被塵埃包裹的很多年輕恒星泛出金色的光芒。

蜘蛛星云

▲近紅外相機(jī)拍攝的一個(gè)位于蜘蛛星云的恒星形成區(qū)，其跨度約為340光年

蜘蛛星云（又名劍魚座30）

位置：大麥哲倫云（銀河系的一個(gè)衛(wèi)星星系）

所在星座：橫跨山案座和劍魚座

到地球的距離：約159800光年

如果用肉眼直接觀察蜘蛛星云，它看起來就像一大片乳白色的斑塊。蜘蛛星云非常大，跨度超過1000光年。起初它被稱為劍魚座30，但由于其內(nèi)部復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和縱橫交錯(cuò)的絲狀塵埃，后改稱其為蜘蛛星云。

蜘蛛星云是一個(gè)電離氫區(qū)，這意味著其中的氫不是中性狀態(tài)，而是電離（帶正電荷）狀態(tài)。蜘蛛星云中有一些極大、極熱的恒星。當(dāng)我們把韋布望遠(yuǎn)鏡壯觀的紅外圖像與錢德拉望遠(yuǎn)鏡的X射線數(shù)據(jù)疊加在一起后，我們看到了一個(gè)之前無法想象的全新宇宙。

在下方圖像中，紅外信號(hào)呈現(xiàn)為紅色、橙色和淺藍(lán)色，其中加入了X射線數(shù)據(jù)（以深藍(lán)色和紫色表示）。可以清晰地看到，在星云的空腔中，一群活躍的恒星聚集在一起。圖中的皇家藍(lán)（Royal Blue）和紫色部分展示了被激波（也稱沖擊波）加熱的高溫氣體，其溫度高到難以想象。紅外觀測數(shù)據(jù)突顯了星云中被包裹的原恒星以及它們周圍較冷的氣體云，這些氣體云將在原恒星的演化過程中逐漸被消耗。

▲使用錢德拉望遠(yuǎn)鏡和韋布望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)合成的蜘蛛星云圖像

韋布望遠(yuǎn)鏡的中紅外儀器還向我們展現(xiàn)了蜘蛛星云與眾不同、頗具迷幻色彩的一面?？茖W(xué)家通過波長更長的中紅外波段對(duì)它進(jìn)行探測，將熾熱的明亮恒星弱化，從而使星云中富集的低溫碳?xì)浠衔锔油怀觯孕涯康那嗌妥仙珜⑦@些物質(zhì)渲染出來。

▲在中紅外儀器拍攝的圖像中，碳?xì)浠衔锩曰玫纳式o蜘蛛星云增添了一種鬼魅般的氛圍

波長較長的輻射可以從星云內(nèi)部更深的位置逃逸出來，揭示出星云深處發(fā)生的過程。因此，在這張中紅外儀器拍攝的圖像中，我們可以看到新的原恒星正在星云內(nèi)部誕生。但也有些地方是連韋布望遠(yuǎn)鏡都無法看到的，比如有些黑暗的塵埃區(qū)域，連紅外輻射也無法從中逃脫。

蟹狀星云

▲通過近紅外相機(jī)和中紅外儀器的聯(lián)合觀測，科學(xué)家將蟹狀星云的全新面貌呈現(xiàn)在我們眼前。它實(shí)際上是一個(gè)超新星遺跡，即超新星爆發(fā)后的殘余物

蟹狀星云（又名 NGC 1952、金牛座 A）

位置：銀河系的英仙臂所在星座：金牛座

到地球的距離：約6500光年

1054年，中國天文學(xué)家觀測到天空中出現(xiàn)了一顆“客星”。它非常明亮，以至于在將近1個(gè)月的時(shí)間里都可以在白天直接用肉眼看到它。這實(shí)際上是數(shù)千光年外發(fā)生的一次超新星爆發(fā)。600多年后，英國天文學(xué)家約翰·貝維斯（John Bevis）才將其證認(rèn)為蟹狀星云，這是第一個(gè)與歷史上觀測到的超新星爆發(fā)相對(duì)應(yīng)的天體。時(shí)至今日，我們用肉眼已經(jīng)無法看到蟹狀星云了，但觀測條件良好時(shí)，可以通過性能較好的雙筒望遠(yuǎn)鏡看到它。

▲英國天文學(xué)家帕森斯繪制的蟹狀星云

英國天文學(xué)家威廉·帕森斯（William Parsons）在19世紀(jì)對(duì)其進(jìn)行觀測時(shí)，畫出了形似蟹鉗的臂狀結(jié)構(gòu)。雖然科學(xué)家在后來的觀測中未能發(fā)現(xiàn)這個(gè)臂狀結(jié)構(gòu)，而且蟹狀星云實(shí)際上看起來也并不像螃蟹，但這個(gè)名字依然保留了下來。

蟹狀星云的核心是一顆脈沖星，脈沖星是一種特殊的、快速旋轉(zhuǎn)的中子星，具有極強(qiáng)的磁場。粒子在中子星磁極附近加速后產(chǎn)生輻射，導(dǎo)致磁極位置產(chǎn)生方向相反的2個(gè)輻射束，輻射束即便在傳播了極遠(yuǎn)的距離后，依然可以被探測到。當(dāng)輻射束掃過地球時(shí)，我們就能探測到脈沖信號(hào)，因此這些中子星被命名為脈沖星。恒星在生命末期會(huì)因?yàn)橐μs而觸發(fā)超新星爆發(fā)，中子星就是在超新星爆發(fā)過程中誕生的。中子星的直徑只有大約30千米，但它非常致密，在宇宙中的密度僅次于黑洞。

通過結(jié)合近紅外相機(jī)和中紅外儀器的數(shù)據(jù)，韋布望遠(yuǎn)鏡為我們展現(xiàn)了前所未見的紅外視角下的蟹狀星云。雖然它的總體形狀與我們用哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的（如下圖）大體一致，但韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的圖像為我們提供了更多關(guān)于其內(nèi)部運(yùn)作機(jī)制以及這個(gè)宏偉的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)所包含的元素和分子的信息。

▲哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的蟹狀星云照片

在韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的蟹狀星云圖片中，橙紅色代表的是電離態(tài)的硫，它們就像沿著建筑物生長的藤蔓一樣，將整個(gè)星云結(jié)構(gòu)包裹起來。圖中的藍(lán)點(diǎn)代表鐵元素，零星地點(diǎn)綴在圖像中。比哈勃望遠(yuǎn)鏡更進(jìn)一步的是，韋布望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了在蟹狀星云籠狀結(jié)構(gòu)內(nèi)翻騰著的塵埃顆粒。這些新發(fā)現(xiàn)將幫助我們更好地了解蟹狀星云中脈沖星的過去，以及脈沖星周圍的超新星爆發(fā)的殘余物未來會(huì)怎樣演化。

創(chuàng)生之柱

▲這里展示了位于鷹狀星云的創(chuàng)生之柱，從圖中可以看到這個(gè)著名恒星形成區(qū)非常豐富的新細(xì)節(jié)。該圖由近紅外相機(jī)和中紅外儀器的數(shù)據(jù)合成

創(chuàng)生之柱

位置：鷹狀星云（又名星之皇后星云）

所在星座：巨蛇座

到地球的距離：6500—7000光年

1995年，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)布了它拍攝的創(chuàng)生之柱照片，這是創(chuàng)生之柱首次受到大眾的廣泛關(guān)注。但我們認(rèn)為，這個(gè)區(qū)域最早的照片可以追溯到1920年，由美國天文學(xué)家約翰·查爾斯·鄧肯（John Charles Duncan）使用當(dāng)時(shí)世界上最大的望遠(yuǎn)鏡——威爾遜山天文臺(tái)的1.5米口徑反射望遠(yuǎn)鏡拍攝。

▲美國天文學(xué)家鄧肯被認(rèn)為是第一個(gè)用膠片記錄到這些柱狀奇觀的人。他在1920年首次訪問了位于加利福尼亞州洛杉磯的威爾遜山天文臺(tái)，當(dāng)時(shí)拍攝了許多星云和星系的照片

為了讓大家更直觀地理解這個(gè)結(jié)構(gòu)的規(guī)模，我們來做個(gè)對(duì)比：下圖中左側(cè)最長的柱狀結(jié)構(gòu)向太空延伸了大約4光年的距離，而其末端的小突起就相當(dāng)于我們整個(gè)太陽系的大小了。

▲這張創(chuàng)生之柱的照片于1995年4月1日由哈勃望遠(yuǎn)鏡的寬視場與行星照相機(jī)2（Wide Field and Planetary Camera 2）拍攝。照片右上方的區(qū)域?yàn)榱双@得更高的分辨率，犧牲了視場大小，因此當(dāng)把這個(gè)象限①的圖像與其他象限的圖像拼接起來時(shí)，必須將其按比例縮小，于是照片的第一象限就出現(xiàn)了樓梯型缺口

創(chuàng)生之柱之所以被如此命名，是因?yàn)橛兄T多恒星正在這片區(qū)域形成。韋布望遠(yuǎn)鏡以令人驚嘆的清晰度展示了由氣體和塵埃組成的3個(gè)巨大的柱狀結(jié)構(gòu)，它們從所在的星云向外延伸。通過利用電磁波譜的不同波段來分析這個(gè)區(qū)域，我們可以更好地理解“恒星搖籃”是如何孕育新恒星的。

下面的4張照片向我們展示了這些柱狀塵埃云在不同波段下的樣子，使我們對(duì)其內(nèi)部的運(yùn)作原理有了一定的了解。紅外輻射的波長比可見光更長，受到的氣體和塵埃的散射和吸收要少得多，所以它們能夠更輕易地穿透密集的氣體和塵埃區(qū)。

▲左上圖由哈勃望遠(yuǎn)鏡在可見光波段拍攝，右上圖也是由哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的，不過使用的是其近紅外探測器。左下圖和右下圖分別由韋布望遠(yuǎn)鏡的近紅外相機(jī)和中紅外儀器在對(duì)應(yīng)波段下拍攝

這里的每張照片都從不同側(cè)面反映了創(chuàng)生之柱中恒星的形成過程。哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的2張照片采集了可見光和甚近紅外（very-near-infrared）波段的數(shù)據(jù)，對(duì)比這2張照片可以發(fā)現(xiàn)不同的波段是如何揭示不同細(xì)節(jié)的。與可見光圖像相比，從甚近紅外圖像中可以發(fā)現(xiàn)更多的恒星，以及柱狀塵埃云內(nèi)部的更多細(xì)節(jié)。當(dāng)然，在韋布望遠(yuǎn)鏡拍攝的高精度照片（下圖）中，可以看到更豐富的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

▲鷹狀星云中著名的“創(chuàng)生之柱”在近紅外相機(jī)下的樣子

在柱狀結(jié)構(gòu)的末端，可以看到明亮的紅色斑塊，這標(biāo)志著新恒星正在形成并向外噴出超聲速氣體噴流。這些噴流會(huì)與星云中的氣體和塵埃相互作用，形成弓形激波，表現(xiàn)為周圍物質(zhì)中的波浪狀線條。當(dāng)大的氣體和塵?！敖Y(jié)”（knot）在自身的引力作用下坍縮時(shí)，新恒星的形成過程便拉開了序幕。在被稱為分子云的致密氣體和塵埃的聚集體中，分子（主要是一氧化碳和氫）在低溫下結(jié)合形成團(tuán)塊。當(dāng)這些團(tuán)塊達(dá)到臨界密度時(shí)，會(huì)在自身引力作用下坍縮，恒星便開始形成。

多年來，科學(xué)家持續(xù)觀測創(chuàng)生之柱，積累了豐富的圖像數(shù)據(jù)，他們研究后得出了一個(gè)結(jié)論：在500年內(nèi)，我們就將告別這個(gè)史詩級(jí)的壯觀結(jié)構(gòu)了。因?yàn)橐恍┯^測表明，創(chuàng)生之柱所在的區(qū)域發(fā)生了超新星爆發(fā)，劇烈的爆炸使物質(zhì)向外噴射并形成了激波，這些宏偉的柱狀結(jié)構(gòu)將因激波的沖擊而漸漸消散。實(shí)際上，這個(gè)過程可能早在6000年前就開始發(fā)生了，但由于創(chuàng)生之柱離我們非常遙遠(yuǎn)，所以我們還需要再過數(shù)百年才能看到這場災(zāi)難帶來的全部后果。

書名：天體閃耀時(shí)：韋布望遠(yuǎn)鏡太空探索全記錄

?♂? 作者：[英]瑪吉·阿德琳-波科克

內(nèi)容簡介

2021年圣誕節(jié)，阿麗亞娜5型火箭刺破蒼穹，將人類史上最強(qiáng)空間望遠(yuǎn)鏡——詹姆斯·韋布望遠(yuǎn)鏡送入太空。這架耗資百億美元、凝結(jié)1萬多人25年心血的觀天神器，在150萬千米外的深空如金色蓮花般綻放，開啟了破解宇宙終極謎題的偉大探索。

本書由韋布核心科學(xué)家瑪吉博士親自講述，她以一線親歷者的熱忱與科普作家的妙筆，詳細(xì)解讀了韋布的研發(fā)歷程、革命性設(shè)計(jì)和升空后的最新發(fā)現(xiàn)，帶您開啟一場顛覆認(rèn)知的宇宙探險(xiǎn)。透過韋布6.5米的鍍金巨眼，創(chuàng)生之柱的塵埃帷幔被轟然掀開，130多億年前的初生星系在紅光中浮現(xiàn)，系外行星大氣的分子指紋被精準(zhǔn)解碼，恒星搖籃里的湍流翻涌如金色風(fēng)暴……

每一幅影像都藏著宇宙的神奇密碼，更裹挾著直擊靈魂的視覺海嘯。當(dāng)韋布凝視深邃的宇宙深處時(shí)，它折射的實(shí)則是人類文明千年未熄的叩問：生命從何而來？我們?yōu)楹卧诖?？宇宙將走向何方?/p>