韋伯望遠(yuǎn)鏡展現(xiàn)神奇宇宙

2022年深空探測最重要的成果，來自于詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡。

2022年1月，詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡經(jīng)過一個(gè)月的飛行，進(jìn)入了預(yù)定的日地拉格朗日L2點(diǎn)軌道。進(jìn)入L2軌道后，科學(xué)家和工程師全力調(diào)整“韋伯”的副鏡和18片主鏡，力求成像清晰鋒銳。隨著軌道修正，“韋伯”的望遠(yuǎn)鏡溫度不斷降低，最終達(dá)到-234.4℃。這是觀測恒星和星系發(fā)出的微弱紅外光所需要的。

2022年2月11日，韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝了第一張照片，但不是瞄準(zhǔn)遙遠(yuǎn)的星系，而是“自拍”?！绊f伯”鏡筒里面有一個(gè)專用的瞳孔成像鏡頭，在主鏡對準(zhǔn)大熊座中一顆明亮的孤立恒星HD84406后，用這個(gè)鏡頭拍攝18片主鏡不同的成像狀態(tài)。雖然圖片看起來模糊錯(cuò)位，但工程師們非常滿意，“韋伯”光學(xué)元件經(jīng)理李·范伯格表示：“這架令人驚嘆的望遠(yuǎn)鏡不僅展開了翅膀，而且現(xiàn)在已經(jīng)睜開了眼睛?！盚D84406很容易識別，附近沒有其他亮度相近的恒星聚集，這有助于減少背景混淆。

▲ 韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝到的星團(tuán)

▲ 韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝到的河外星系

從這以后，“韋伯”的相關(guān)新聞就陷入了沉寂，直到2022年7月12日，美國宇航局公布了詹姆斯·韋伯拍攝的壯觀“初光”照片。首先是一顆距離地球1150光年的系外行星，這顆行星的大小只有木星的一半，其繞恒星的軌道比水星繞太陽的軌道更近。“韋伯”獲取了它的大氣光譜。天文學(xué)家也許有一天能夠通過研究行星大氣中的化合物來探測生物活動對遙遠(yuǎn)太陽系行星的影響。

▲ 韋伯望遠(yuǎn)鏡在軌展開的想象圖

接下來是南環(huán)星云，這是一個(gè)半光年寬的膨脹氣體和碎片云，由一顆接近生命末期的中心恒星拋出，它的核心已經(jīng)耗盡了核燃料，聚變已經(jīng)停止。大約50億年后，太陽也會如此。哈勃空間望遠(yuǎn)鏡早期對南環(huán)星云的觀察本身就很壯觀，但“韋伯”走得更遠(yuǎn)，顯示了星云中心的不是一顆而是兩顆恒星。

然后是斯蒂芬的五星系群，這是1877年發(fā)現(xiàn)的，距離地球2.9億光年。5個(gè)螺旋星系中的4個(gè)在緩慢運(yùn)動中相互作用，最終形成一個(gè)巨大的橢圓星系。在宇宙歷史上，星系合并是司空見慣的事情，研究這種碰撞的細(xì)節(jié)是“韋伯”的主要目標(biāo)之一。這張圖像解析了星系中以前看不見的恒星和星團(tuán)，甚至捕捉到了圍繞超大質(zhì)量黑洞的碎片產(chǎn)生的光線。

▲ 韋伯望遠(yuǎn)鏡紅外波段拍攝的恒星

“韋伯”團(tuán)隊(duì)還公布了船底座星云的一部分，這是一個(gè)位于船底座南部的巨大恒星形成區(qū)域，距離地球約7600光年，是更著名的獵戶座星云的四倍大。

2022年8月22日，“韋伯”的鏡頭轉(zhuǎn)向了太陽系內(nèi)，觀察木星。木星的大紅斑在韋伯望遠(yuǎn)鏡NIRCam儀器上呈現(xiàn)出明亮的白色。當(dāng)這顆巨大行星的磁場與來自太陽的帶電粒子相互作用時(shí)，木星的兩極發(fā)出了極光。在更廣闊的木星系統(tǒng)視野中，“韋伯”瞥見了木星兩顆較小的衛(wèi)星，

2022年9月1日，韋伯望遠(yuǎn)鏡上的歐洲中紅外儀器（MIRI）相機(jī)拍攝到了M74幻影星系。它也稱為梅西耶74，距離地球3200萬光年。天文學(xué)家以前曾利用地面天文臺和哈勃空間望遠(yuǎn)鏡研究過這個(gè)螺旋星系。MIRI數(shù)據(jù)將幫助科學(xué)家準(zhǔn)確測量星團(tuán)的質(zhì)量和年齡，并深入了解星際空間中漂浮在恒星之間的小顆粒塵埃。

2022年11月17日，美國宇航局宣布，“韋伯”可能發(fā)現(xiàn)了迄今為止探測到的距離最遠(yuǎn)的星系，即使在“韋伯”的鏡頭上，它也只是一個(gè)小紅色斑點(diǎn)。數(shù)據(jù)分析表明，這個(gè)星系在宇宙大爆炸后僅3.5億年就開始發(fā)光。研究人員表示，“這是天文學(xué)的一個(gè)全新篇章。這就像考古挖掘，突然你發(fā)現(xiàn)了一座失落的城市。”

大家都知道在西方宗教中，有一句著名的話“要有光”。所以，在所謂的“黑暗時(shí)代”結(jié)束，光開始在宇宙中自由傳播之后，第一顆恒星是什么時(shí)候開啟的，意義相當(dāng)大。

“韋伯”發(fā)現(xiàn)的這個(gè)星系命名為GLASS-z12，是在被較近星系團(tuán)的質(zhì)量引力放大或“透鏡化”的光線中發(fā)現(xiàn)的。之前哈勃望遠(yuǎn)鏡觀察到的最遠(yuǎn)星系GN-z11，大約是宇宙大爆發(fā)后約為4億年開始發(fā)光的。

▲ 韋伯望遠(yuǎn)鏡拍攝到的木星

DART成功撞擊小行星

2022年的空間探測除了詹姆斯·韋伯望遠(yuǎn)鏡的發(fā)現(xiàn)外，還取得了一些其他進(jìn)展。

美國宇航局的雙小行星重定向測試（DART）任務(wù)于2022年9月下旬撞上了一塊名為“雙形態(tài)”的小行星，為人類可能有一天要面對的小行星防御任務(wù)做了準(zhǔn)備。在撞擊發(fā)生的幾周內(nèi)，DART團(tuán)隊(duì)宣布，撞擊使“雙形態(tài)”圍繞其較大的同伴欒大星旋轉(zhuǎn)的軌道周期縮短了32分鐘。

這次撞擊的結(jié)果能傳回地球，要?dú)w功于DART搭載的意大利立方星LICIACube，它配備了兩個(gè)攝像頭，在DART撞擊前15天分離進(jìn)入軌道。撞擊后僅3分鐘，這顆小衛(wèi)星就飛越了欒大星。它的圖片顯示了“雙形態(tài)”被撞出一團(tuán)碎石云。

科學(xué)家們估算，“雙形態(tài)”小行星被撞掉的巖石質(zhì)量至少是100萬千克，甚至可能高達(dá)1000萬千克。不過這顆小行星的總質(zhì)量約為50億千克，也就是掉了一根毛而已。

不過撞擊確實(shí)給了“雙形態(tài)”一定的速度增量，約翰斯·霍普金斯應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的DART團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人表示，DART對目標(biāo)的動能沖擊確實(shí)有效地改變了目標(biāo)的軌道。

▲ 韓國月球軌道飛行器

韓國月球軌道飛行器進(jìn)入月球軌道

▲ 美國宇航局的DART探測器

根據(jù)韓國航空航天研究所的一份聲明，韓國探路者月球軌道飛行器于12月17日凌晨2:45進(jìn)入月球軌道。12月28日前點(diǎn)燃五臺發(fā)動機(jī)中的第一臺，以修正繞月飛行的軌道，開始月球科學(xué)任務(wù)。韓國探路者月球軌道飛行器于8月4日從佛羅里達(dá)州卡納維拉爾角用獵鷹9火箭發(fā)射。由于衛(wèi)星只有678千克重，體積小、燃料攜帶少，因此采用了省燃料費(fèi)時(shí)間的軌道，探測器在地球-月球空間進(jìn)行了長達(dá)134天的飛行，行程540萬千米，最終進(jìn)入了月球極地軌道，目標(biāo)平均高度為月球表面上方100千米。探測器上攜帶了6個(gè)獨(dú)立的科學(xué)有效載荷，其中1個(gè)由美國宇航局研制，其他5個(gè)由韓國研制。

2022年的世界航天就在這樣的喧鬧中結(jié)束了，我們似乎還意猶未盡。好在，2023年馬上就要走到我們的面前。新的一年，更多的型號將要啟程，而戰(zhàn)火依舊在燃燒。航天舞臺上的劇目，會越來越精彩。