自2022年7月正式“上崗”以來，美國國家航空航天局（NASA）的詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（簡稱“韋布望遠(yuǎn)鏡”）就像一位不知疲倦的宇宙觀察者，持續(xù)為人類揭開遙遠(yuǎn)星空的神秘面紗……

短短3年間，它已捕獲約550太字節(jié)宇宙數(shù)據(jù)，催生出1600余篇重磅研究論文。它讓無數(shù)璀璨星系無所遁形，捕捉到新生恒星從星塵中破繭而出的瞬間，記錄了超新星爆發(fā)的壯烈余暉，甚至勾勒出完整星系的精妙骨架。更令人驚喜的是，它還為人類重新描繪了太陽系的認(rèn)知圖景。

宇宙演化速度遠(yuǎn)超想象

韋布望遠(yuǎn)鏡專為觀測“宇宙黎明”——宇宙誕生后的最初10億年而設(shè)計(jì)，在這段神秘時(shí)期內(nèi)，第一批恒星與星系如晨曦初現(xiàn)，點(diǎn)亮了黑暗的虛空。

韋布望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果令人震撼：它發(fā)現(xiàn)了早熟的璀璨星系，即在宇宙大爆炸后僅3億年，就已存在異常明亮的星系；它發(fā)現(xiàn)了“超齡”的黑洞星系，即某些星系中心的黑洞規(guī)模遠(yuǎn)超其年齡應(yīng)有的水平；它還發(fā)現(xiàn)了“嬰兒版”銀河系——一個(gè)年僅6億歲的年輕星系，竟已具備類似銀河系的雛形。更令人驚訝的是，它還發(fā)現(xiàn)在宇宙10億歲時(shí)，已有星系停止孕育新恒星；而在短短15億年內(nèi)，某些螺旋星系便已演化得如同現(xiàn)代螺旋星系般壯觀。

數(shù)億年看似漫長，但若將宇宙138億年的歷史壓縮成一年，這些最古老的星系竟在“宇宙年”的頭幾周就已成熟，迅速催生多代恒星，并用人們現(xiàn)在耳熟能詳?shù)奶?、氧、鐵等元素為宇宙“播種”，可以說宇宙的演化速度遠(yuǎn)超此前認(rèn)知。

深空驚現(xiàn)神秘“小紅點(diǎn)”

韋布望遠(yuǎn)鏡在浩瀚宇宙中發(fā)現(xiàn)了一類奇特的天體——遙遠(yuǎn)、致密、明亮且呈紅色的小型星系群，天文學(xué)家形象地稱之為“小紅點(diǎn)”。

這些神秘天體為何如此明亮又紅艷奪目？科學(xué)家提出了3種可能性：由異常密集的年輕恒星群照亮，或是被墜入超大質(zhì)量黑洞的熾熱氣體所輝映，當(dāng)然，也可能是這兩種機(jī)制共同作用的結(jié)果。

觀測數(shù)據(jù)顯示，這些“小紅點(diǎn)”最早出現(xiàn)在宇宙大爆炸后約6億年，卻在不到10億年后就迅速減少。它們是否已演化成其他形態(tài)的天體？若是如此，又是經(jīng)歷了怎樣的蛻變歷程？韋布望遠(yuǎn)鏡正對“小紅點(diǎn)”展開更深入的探索，以揭開這些宇宙“紅精靈”的身世之謎。

氣態(tài)系外巨行星上“氣象萬千”

哈勃望遠(yuǎn)鏡首次揭開了系外氣態(tài)巨行星大氣層的神秘面紗，而韋布望遠(yuǎn)鏡則將這一領(lǐng)域的研究推向了全新高度。

韋布望遠(yuǎn)鏡在系外氣態(tài)巨行星大氣中發(fā)現(xiàn)了前所未有的復(fù)雜化學(xué)成分，包括硫化氫、氨、二氧化碳、甲烷和二氧化硫。此外，韋布望遠(yuǎn)鏡還觀測到了氣態(tài)巨行星上令人驚嘆的氣候現(xiàn)象。例如，它在熾熱膨脹的WASP-17 b行星大氣中，發(fā)現(xiàn)了由二氧化硅構(gòu)成的“雪花”飄落景象；精確測量了WASP-39 b行星晨昏時(shí)的溫度差異和云層變化。

探測40光年外巖石行星的大氣層

探測小型巖石行星稀薄的大氣層本是一項(xiàng)近乎不可能的任務(wù)，但韋布望遠(yuǎn)鏡憑借其超凡的紅外探測能力，成功捕捉到了這些遙遠(yuǎn)世界最微妙的光線變化。

韋布望遠(yuǎn)鏡已排除多顆巖石行星存在濃厚大氣層的可能，并在距地球僅40光年的巨蟹座55e行星上，探測到一氧化碳或二氧化碳痕跡。該行星圍繞一顆類日恒星運(yùn)行，表面最高溫度超過2000℃，堪稱“超級巖漿世界”。

或書寫行星“末日指南”新篇章

當(dāng)恒星走向生命終點(diǎn)時(shí)，會經(jīng)歷一場驚天動地的蛻變。以太陽為例，在數(shù)十億年后它將膨脹為一顆紅巨星，其體積足以吞噬系內(nèi)行星。最終，它會抖落外層物質(zhì)，留下炙熱致密的白矮星殘骸。

韋布望遠(yuǎn)鏡可能探測到了圍繞白矮星運(yùn)行的行星候選體。若這些觀測獲得證實(shí)，將證明行星能在恒星“死亡”后繼續(xù)存在，這些“幸存者”將圍繞緩慢冷卻的恒星殘骸運(yùn)行。

揭示土衛(wèi)二水柱規(guī)模

在太陽系眾多冰封的海洋星球中，土衛(wèi)二堪稱最令人著迷的存在。NASA的“卡西尼”號探測器曾首次捕捉到其南極噴發(fā)的神秘水柱，但直到韋布望遠(yuǎn)鏡的再次觀測，人類才真正見識到這一奇觀的驚人規(guī)模。

觀測結(jié)果顯示，水柱是一團(tuán)直徑超過9600公里的巨型云層，其直徑相當(dāng)于土衛(wèi)二直徑的20倍。這些噴發(fā)物質(zhì)擴(kuò)散成環(huán)繞土星的巨大水環(huán)，范圍遠(yuǎn)超傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡可見的土星環(huán)系統(tǒng)。只有少量水融入土星環(huán)，大部分水?dāng)U散至整個(gè)土星系，甚至降落到土星大氣層。

韋布望遠(yuǎn)鏡帶給人們的這些驚人發(fā)現(xiàn)，僅僅是揭開宇宙奧秘的第一篇章?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，這臺望遠(yuǎn)鏡攜帶的燃料足以支持其繼續(xù)工作20年以上，這意味著人們將有機(jī)會探索更多宇宙之謎。

◎ 來源|科技日報(bào)