上天這四年，詹姆斯·韋布望遠鏡都拍到了哪些震撼人心的照片？

韋布望遠鏡是迄今為止人類建造的最強大的空間望遠鏡，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，由韋布望遠鏡的近紅外相機拍攝

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間。星云主要由最簡單的2種原子——氫和氦組成。

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成的旋渦狀團塊會發(fā)生合并，并通過引力作用吸積周圍更多的物質。最終，這些團塊會向內坍縮，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）等。

某些星云的研究難點在于，很難弄清楚它們內部發(fā)生的過程。因為這些星云內部粒子分布密集，可見光在其中被阻擋，無法從旋轉的氣體和塵埃中透射出來，所以我們無法看到其內部情況。這正是韋布望遠鏡的紅外觀測能力真正發(fā)揮作用的地方，因為紅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， 這個區(qū)域被稱為“宇宙懸崖”，這張照片由近紅外相機的數(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，這個星云由法國天文學家尼古拉斯-路易斯·德·拉卡耶（Nicolas-Louis de Lacaille）在好望角觀測時發(fā)現(xiàn)。“船底”是指“龍骨”或船的底部。許多古代文明將船底座視為一個更大的星座——天舟座（也稱南船座）的一部分，該星座形似一艘帆船。后來天文學家認為這個星座太大了，因此將其拆分為4個小星座。

如下圖所示，韋布望遠鏡拍攝了一張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，它們實際上是NGC 3324內一個氣態(tài)空腔的邊緣。氣態(tài)空腔中有很多質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”，此圖由近紅外相機和中紅外儀器的觀測數(shù)據(jù)生成

恒星的強烈輻射使氣體和塵埃從“宇宙懸崖”中流失，因此這個區(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

▲近紅外相機拍攝的一個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，但由于其內部復雜的結構和縱橫交錯的絲狀塵埃，后改稱其為蜘蛛星云。

蜘蛛星云是一個電離氫區(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。當我們把韋布望遠鏡壯觀的紅外圖像與錢德拉望遠鏡的X射線數(shù)據(jù)疊加在一起后，我們看到了一個之前無法想象的全新宇宙。

在下方圖像中，紅外信號呈現(xiàn)為紅色、橙色和淺藍色，其中加入了X射線數(shù)據(jù)（以深藍色和紫色表示）。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（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。

▲使用錢德拉望遠鏡和韋布望遠鏡的數(shù)據(jù)合成的蜘蛛星云圖像

韋布望遠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。科學家通過波長更長的中紅外波段對它進行探測，將熾熱的明亮恒星弱化，從而使星云中富集的低溫碳氫化合物更加突出，以醒目的青色和紫色將這些物質渲染出來。

▲在中紅外儀器拍攝的圖像中，碳氫化合物迷幻的色彩給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部誕生。但也有些地方是連韋布望遠鏡都無法看到的，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

▲通過近紅外相機和中紅外儀器的聯(lián)合觀測，科學家將蟹狀星云的全新面貌呈現(xiàn)在我們眼前。它實際上是一個超新星遺跡，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個月的時間里都可以在白天直接用肉眼看到它。這實際上是數(shù)千光年外發(fā)生的一次超新星爆發(fā)。600多年后，英國天文學家約翰·貝維斯（John Bevis）才將其證認為蟹狀星云，這是第一個與歷史上觀測到的超新星爆發(fā)相對應的天體。時至今日，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，可以通過性能較好的雙筒望遠鏡看到它。

▲英國天文學家帕森斯繪制的蟹狀星云

英國天文學家威廉·帕森斯（William Parsons）在19世紀對其進行觀測時，畫出了形似蟹鉗的臂狀結構。雖然科學家在后來的觀測中未能發(fā)現(xiàn)這個臂狀結構，而且蟹狀星云實際上看起來也并不像螃蟹，但這個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、快速旋轉的中子星，具有極強的磁場。粒子在中子星磁極附近加速后產(chǎn)生輻射，導致磁極位置產(chǎn)生方向相反的2個輻射束，輻射束即便在傳播了極遠的距離后，依然可以被探測到。當輻射束掃過地球時，我們就能探測到脈沖信號，因此這些中子星被命名為脈沖星。恒星在生命末期會因為引力坍縮而觸發(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。

通過結合近紅外相機和中紅外儀器的數(shù)據(jù)，韋布望遠鏡為我們展現(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鏡看到的（如下圖）大體一致，但韋布望遠鏡拍攝的圖像為我們提供了更多關于其內部運作機制以及這個宏偉的標志性結構所包含的元素和分子的信息。

▲哈勃望遠鏡拍攝的蟹狀星云照片

在韋布望遠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，將整個星云結構包裹起來。圖中的藍點代表鐵元素，零星地點綴在圖像中。比哈勃望遠鏡更進一步的是，韋布望遠鏡發(fā)現(xiàn)了在蟹狀星云籠狀結構內翻騰著的塵埃顆粒。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著名恒星形成區(qū)非常豐富的新細節(jié)。該圖由近紅外相機和中紅外儀器的數(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注。但我們認為，這個區(qū)域最早的照片可以追溯到1920年，由美國天文學家約翰·查爾斯·鄧肯（John Charles Duncan）使用當時世界上最大的望遠鏡——威爾遜山天文臺的1.5米口徑反射望遠鏡拍攝。

▲美國天文學家鄧肯被認為是第一個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，當時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結構的規(guī)模，我們來做個對比：下圖中左側最長的柱狀結構向太空延伸了大約4光年的距離，而其末端的小突起就相當于我們整個太陽系的大小了。

▲這張創(chuàng)生之柱的照片于1995年4月1日由哈勃望遠鏡的寬視場與行星照相機2（Wide Field and Planetary Camera 2）拍攝。照片右上方的區(qū)域為了獲得更高的分辨率，犧牲了視場大小，因此當把這個象限①的圖像與其他象限的圖像拼接起來時，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，是因為有諸多恒星正在這片區(qū)域形成。韋布望遠鏡以令人驚嘆的清晰度展示了由氣體和塵埃組成的3個巨大的柱狀結構，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，使我們對其內部的運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)。

▲左上圖由哈勃望遠鏡在可見光波段拍攝，右上圖也是由哈勃望遠鏡拍攝的，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鏡的近紅外相機和中紅外儀器在對應波段下拍攝

這里的每張照片都從不同側面反映了創(chuàng)生之柱中恒星的形成過程。哈勃望遠鏡拍攝的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，以及柱狀塵埃云內部的更多細節(jié)。當然，在韋布望遠鏡拍攝的高精度照片（下圖）中，可以看到更豐富的細微結構。

▲鷹狀星云中著名的“創(chuàng)生之柱”在近紅外相機下的樣子

在柱狀結構的末端，可以看到明亮的紅色斑塊，這標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)為周圍物質中的波浪狀線條。當大的氣體和塵埃“結”（knot）在自身的引力作用下坍縮時，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）在低溫下結合形成團塊。當這些團塊達到臨界密度時，會在自身引力作用下坍縮，恒星便開始形成。

多年來，科學家持續(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結論：在500年內，我們就將告別這個史詩級的壯觀結構了。因為一些觀測表明，創(chuàng)生之柱所在的區(qū)域發(fā)生了超新星爆發(fā)，劇烈的爆炸使物質向外噴射并形成了激波，這些宏偉的柱狀結構將因激波的沖擊而漸漸消散。實際上，這個過程可能早在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，所以我們還需要再過數(shù)百年才能看到這場災難帶來的全部后果。

書名：天體閃耀時：韋布望遠鏡太空探索全記錄

?♂? 作者：[英]瑪吉·阿德琳-波科克

內容簡介

2021年圣誕節(jié)，阿麗亞娜5型火箭刺破蒼穹，將人類史上最強空間望遠鏡——詹姆斯·韋布望遠鏡送入太空。這架耗資百億美元、凝結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，詳細解讀了韋布的研發(fā)歷程、革命性設計和升空后的最新發(fā)現(xiàn)，帶您開啟一場顛覆認知的宇宙探險。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解碼，恒星搖籃里的湍流翻涌如金色風暴……

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。當韋布凝視深邃的宇宙深處時，它折射的實則是人類文明千年未熄的叩問：生命從何而來？我們?yōu)楹卧诖耍坑钪鎸⒆呦蚝畏剑?/p>