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        人類最貴的眼睛

        2022-12-29 00:00:00向治霖
        今日文摘 2022年10期

        2021年圣誕節(jié),韋伯望遠鏡發(fā)射升空。這是一趟令人期待的旅途。

        上世紀90年代初,哈勃望遠鏡發(fā)射升空,在至今30年時間內(nèi),它完成了近150萬次對太空的科學觀察,展現(xiàn)了諸如類星體環(huán)境、遙遠星云等人類此前從未目睹的景象。韋伯望遠鏡,則被寄予了哈勃望遠鏡“繼任者”的期望。

        不過,它又與哈勃望遠鏡截然不同。

        2022年1月9日,天文學家通過控制釋放機構(gòu),經(jīng)過50次主要部署,已經(jīng)將韋伯空間望遠鏡中、由18塊六邊形鏡片組成的主鏡完全打開。它就像是一只眼睛,正在緩緩地張開。它將注目于廣袤蒼穹,望向那一片引得人類遐想了幾千年的無際宇宙。

        “前輩”哈勃

        比起哈勃望遠鏡,韋伯望遠鏡最大的不同之處,在于其可觀測無線電波長。

        哈勃望遠鏡“雜而全”,可觀測的光譜,從紫外線、可見光,一直到紅外線以上。韋伯望遠鏡“專而精”,僅僅可觀測紅外線頻段的無線電。

        這不是缺陷,而是進步。

        韋伯望遠鏡最早預備在2010年前后發(fā)射,然而,相關(guān)進展一拖再拖,晚了整整10年。它的前輩哈勃望遠鏡,從立項到發(fā)射用了40多年。

        但這一切是值得的。1990年,哈勃望遠鏡發(fā)射升空,距離地面大約540公里高度。在大氣層之上,哈勃望遠鏡用它直徑2.4米的鏡頭“深情凝視”遙遠的宇宙,為我們揭開了許多遙遠星系的秘密。

        我們現(xiàn)在知道的許多宇宙學奇觀,都是哈勃望遠鏡帶來的。

        例如“上帝之眼”,從圖片資料中看去,它是一個蔚藍色瞳孔與白眼球的四周透色的眼瞼,和眼睛很像。事實上,這是位于水瓶星座里的、編號為NGC7293的行星狀星云。

        再例如,通過哈勃望遠鏡,人類第一次看見“瀕死”的行星。2019年8月,一顆滾燙的“橄欖球”狀系外行星被拍到。這顆行星因為距離恒星太近而被撕扯、加熱,大氣也正在加速逃逸,整顆行星處于被吞噬的邊緣。這個奇觀又被稱為“死亡擁抱”。

        更重要的是,哈勃望遠鏡拓展了我們對“時間”的視野,讓我們看見目前最古的宇宙樣貌。

        2020年1月,一個國際天文學家團隊利用美國哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)了迄今已知的最遙遠、最古老的星系群。這個三重星系群被稱為EGS77。觀測表明,這個三重星系群參與了宇宙初期被稱為“再電離”的改造過程。EGS77大約誕生于宇宙大爆炸后6.8億年時,當時宇宙年齡還不足現(xiàn)今138億歲的5%。

        哈勃望遠鏡戰(zhàn)功赫赫,以上寫到的,不過是最被人熟知的幾個奇觀。

        然而,不得不接受的是,航天器終究有報銷退役的一天。

        2010年,哈勃望遠鏡最后一次接受維護,在此之后,由于美國航天器的退役,以及對維護人員的安全考慮,它再也無法被修復。

        如今又過了11年,據(jù)美國航空航天局消息,哈勃望遠鏡上用于維持穩(wěn)定的6個陀螺儀壞了3個,整個機身“垂垂老矣”,它將隨時可能返回大氣層,從此退役。

        還好,作為它的繼任者,韋伯望遠鏡終于發(fā)射上崗了。

        又一只“眼睛”

        韋伯望遠鏡,是哈勃的繼任者,也無疑是它的加強版。

        按照傳統(tǒng)的性能參數(shù),最基本的一項是,韋伯望遠鏡的反射鏡面直徑達到了6.5米,更大的面積可以收集更多光線。這也意味著,它能看到更遠、更暗淡的星光。

        韋伯望遠鏡僅僅接收紅外線頻段,根據(jù)我們對電磁波的認識,這意味著,它將看到更精密的、更古老的宇宙圖景。

        如此一路看下來,20世紀至今,科技突飛猛進。地面的科技“內(nèi)卷”不休,好在航天科技“初心不改”,沒有忘記去尋找星辰大海邊際的旅途。

        這趟旅途的目的地,則是構(gòu)建完整的現(xiàn)代宇宙學。因而,在詳細介紹韋伯望遠鏡之前,讓我們再次回到20世紀。

        天文觀測這一領(lǐng)域,從最初就和宇宙學結(jié)緣。伽利略時代,通過手中小小的望遠鏡,伽利略推翻了幾千年來“天圓地方”的宇宙構(gòu)想。20世紀,人們愈發(fā)認識到,真正的宇宙似乎無邊無涯。

        1912年,美國天文學家斯萊弗正在研究河外星系,發(fā)現(xiàn)它們的光譜線普遍存在著向紅端移動的現(xiàn)象。隨著研究素材的積累,他得出結(jié)論,幾乎所有的河外星系,都有“紅移效應”。根據(jù)多普勒效應解釋,這些星系都在離地球遠去。

        1929年,美國天文學家哈勃提出了“哈勃定律”:星系的紅移量與它們離地球的距離成正比。形象地說,宇宙就是一個膨脹的氣球,且越在外層的、膨脹速度越快。沒錯,哈勃望遠鏡所紀念的,就是這位提出了宇宙模型的科學家。

        因為“氣球”模型,宇宙從人們以為的“萬古如長夜”,變得熱鬧起來了。宇宙既然是越來越大的,那么,將時間往前推,它應該越來越小??墒牵C據(jù)在哪里?

        證據(jù)就在無線電中。根據(jù)“大爆炸”學說,宇宙不斷地膨脹,溫度不斷下降,各類元素開始形成。但是,原初輻射與物質(zhì)元素脫離耦合后仍保持黑體譜。也就是說,宇宙最初的那次爆炸,遺留下遍存于宇宙的碎片,它們表現(xiàn)為“宇宙微波背景輻射”。

        研究“宇宙微波背景輻射”,正是韋伯望遠鏡的最重要的任務。

        據(jù)美國航空航天局消息,它將調(diào)查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)(宇宙微波背景輻射),觀測今天可見宇宙的初期狀態(tài)。它能接收早期星系發(fā)射的紅外光,觀察135億年前宇宙大爆炸幾億年后形成的第一批恒星和星系。

        正因延期,韋伯望遠鏡捕捉微弱無線電的配置得到加強。比起哈勃望遠鏡僅僅540公里的軌道,這一次,韋伯望遠鏡直接登陸150萬公里的衛(wèi)星軌道,以此減少月球和地球的熱輻射干擾。

        它是有史以來,人類最貴的一雙眼睛。在今年4月底,經(jīng)過七輪校準后,韋伯望遠鏡進入科研器材的試用階段,這個階段需要大約2個月的時間。之后,它會完全睜開,正式啟動。

        屆時它將傳回怎樣的照片?值得期待。

        (陳曉露薦自《華聲》)

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