韋伯望遠鏡成果豐富,項目專家喬納森·盧寧這樣解讀

觀察者網 發佈 2022-07-17T03:11:24.279756+00:00

7月14日,美國ABC10頻道發布了對項目組主要科學家之一、康奈爾大學教授喬納森·盧寧的採訪視頻。喬納森·盧寧:首先也是最重要的,這些照片告訴我們韋伯望遠鏡的性能甚至優於設計要求。

韋伯太空望遠鏡(JWST)首批成果發布後,引發全球關注。7月14日,美國ABC10頻道發布了對項目組主要科學家之一、康奈爾大學教授喬納森·盧寧(Jonathan Lunine)的採訪視頻。觀察者網特翻譯如下:

問:韋伯太空望遠鏡的這些照片告訴了我們什麼?

喬納森·盧寧:首先也是最重要的,這些照片告訴我們韋伯望遠鏡的性能甚至優於設計要求。圖像非常清晰,真的敏銳地展現了細節。我們不僅看到了前景中的物體,還看到了所有這些在背景中的星系。這說明韋伯望遠鏡可以成為強大的工具,發現宇宙里的許許多多物體。

而這些圖像本身包含一些非常酷的信息,包括相對靠近我們自己的太陽系的,以及數十億光年外正在發生的事情。

問:我們現在知道哈勃和韋伯太空望遠鏡是完全不同的,你能解釋下它們的一些區別嗎?

喬納森·盧寧:它們都是太空望遠鏡。哈勃是光學望遠鏡。就顏色和波長而言,它的探測範圍主要在人眼可視範圍內。另一方面,韋伯太空望遠鏡的探測範圍從我們人類的「可見光譜」的紅色部分延伸到紅外線,我們更常把這些區間裡的光視為「熱」而不是「光」。

也就是說,韋伯能看到的波長比我們人眼所能看到的要長。這不僅使我們的觀測能夠穿過銀河系附近年輕恆星中的塵埃,還使我們能夠看到極遙遠的星系,當那些星系發出的光穿過膨脹的宇宙時,被拉長成紅外線(也就是「紅移」)。哈勃看不到這些星系,而韋伯可以看到它們。

所以我想說,韋伯望遠鏡算是「三冠王」。首先,它具有非凡的靈敏度,例如可以在月球那麼遠的地方探測到一隻大黃蜂的熱量;其次,它的圖像非常非常清晰,相當於在25英里的距離上拍出一分錢硬幣;最後,就是可以探測更寬的波長範圍。

問:我覺得公眾也想知道的是,當我們在看這些圖像時,往往會覺得像萬花筒一樣,看起來到處都是一束光。我們如何能夠區分一個物體是星星,而另一個不是?

喬納森·盧寧:在大多數圖像的前景中,我認為我們可以很容易地識別出這是一個星系,或者在某種情況下看到一個蛋形的星雲,由恆星拋出的物質形成,事實上你都可以看到它中心的恆星。

對於圖像中更遙遠和更小的物體,它們幾乎都是星系。你可以通過兩種方式來發現這一點。其中一些,實際上可以看到它們的形狀像小螺旋或類似橢圓形,因此它們不是星星。

對於那些真的很遙遠的物體,你會問自己:好吧,那是一顆恆星還是一個星系?你實際上可以測量我們所說的光譜,並且看到光轉移到紅色區間或紅外線中。我們知道有這一現象的物體真的很遠,如果那麼遠的東西能被你看到,那它就不可能是一顆星星,必須是一個完整的星系。所以,這就是你可以區分它們的方式。

問:我們來看下這張圖像,裡面是有四個或五個星系?

喬納森·盧寧:這張圖像被稱為「史蒂芬五重奏」(Stephen’s quintet),它是五個星系的集合。其中左側的一個星系實際上與其他四個星系無關,因為它在前景中,離我們更近。

圖片來源:NASA

「五重奏」相關星系的編號,圖片來源:哈佛大學

其他四個則在相互作用和相互碰撞。如果你仔細觀察中間的一個,實際上有兩個彼此非常接近的星系,當它們穿過彼此時,有點像在互相撕裂。

這真是一種激烈的場景,我們正瞥見這些由數十億顆恆星組成的星系之間的一系列相互作用,它們在相互撕裂的過程中也正在創造新的恆星。

這些星系中的恆星也在相互作用,在引力的作用下相互拉扯,把物質拋出,如果你願意的話,可以視作一條彩練。這些物質的彩練就像煙花一樣,恆星正在其中形成。

問:這真的很酷。還有一張看起來好像都是氣體的圖像。這些氣體實際上是在前景里,後面是星星嗎?你能解釋一下嗎?

喬納森·盧寧:這張圖像的下半部分看起來像是棕色的、煙狀的東西,頂部看起來是藍色。這是我們所稱的船底座星雲(Carina Nebula)的一部分(觀察者網註:具體來說,這張照片是NGC3324疏散星團的邊緣),它距離地球幾千光年。它就在我們的銀河系中,是恆星在我們星系裡誕生的地方。

圖片來源:NASA

畫面主體是船底座星雲,右上角是NGC3324,圖片來源:Harel Boren

有兩個過程正在發生。在圖像的底部,我們看到都是棕色的塵埃物質,它們是形成恆星的原料的一部分,恆星正在那裡形成。

但在清澈的上部,恆星已經形成。比太陽質量大得多的恆星已經開始侵蝕掉棕色物質。它們發出所謂的星際風和大量紫外線——就是當我們去海灘時,試圖保護自己免受其傷害的射線。

恆星形成的區域,其邊緣正逐漸消失。所以,圖像底部製造著新恆星,而圖像頂部的原料被吹離,兩者之間存在著一種「角力」。

問:這很有趣。另一個問題是我聽說在研究中也獲得了其他信息。我們能否在行星上找到某些潛在化學物質的信息,比如水?

喬納森·盧寧:是的,設計韋伯望遠鏡要做的事情之一,就是獲取宇宙中各類物體的光譜,從星繫到其他恆星周圍的單個行星。光譜是以波長為序,把分解的光排列開來,曲線上有高峰,也有低谷。這些高峰和低谷就是你所看到的任何物質的「化學指紋」。對於不同的元素,不同的分子,有一系列特徵性的峰和谷。

因此,通過製作其他恆星周圍行星的光譜,韋伯望遠鏡可以告訴我們行星大氣的成分是什麼。它含有水嗎?它含有二氧化碳嗎?甚至可以回答,它到底是否有大氣。這將告訴我們這顆行星是否有可能支持生命,儘管不能證實是否有生命。

研究行星光譜實際上是一件棘手的事情,因為與恆星相比,圍繞其母星運行的行星非常暗淡。所以韋伯太空望遠鏡必須使用一些技巧,才能將行星的光從恆星中分離出來,有很多方法可以做到這一點。這次其中一張圖像,就是某恆星周圍的行星,其光譜顯示大氣中有水的特徵。

WASP-96b的光譜,其質量相當於0.48個木星

問:能夠發現另一個星球有潛力形成生命是多麼令人興奮,尤其是這正是你的研究領域。

喬納森·盧寧:在我個人感興趣的一個領域中,有這樣的發現,是非常令人興奮的。後續我還將參與處理一些數據,它們同樣來自環繞其他恆星的行星。

回溯到1600年,當時布魯諾說,肯定有無數恆星,而在恆星周圍有無數行星。但很長一段時間來,我們就是看不到它們,因為行星太暗了。

天文學家想看到其他恆星周圍的行星,但直到1990年代才成為可能。當時的望遠鏡可以告訴我們那裡還有其他行星,但並不能真正告訴我們大氣是由什麼構成的。

藉助哈勃和另一台名為斯皮策的太空望遠鏡(觀察者網註:Spitzer Space Telescope,2003年8月發射,是當時送入太空的最大的紅外望遠鏡),我們發現可以初步探測到最大的一些行星周圍的大氣。

現在有了韋伯,我們不僅可以研究巨行星,還可以研究幾乎與地球一樣大小的行星,它們更接近於我們自己的世界。

問:這非常令人著迷。韋伯比哈勃望遠鏡更向前邁出了一步,但我們還需要看到更多,下一步將如何更好、更細緻地觀察這些星系?

喬納森·盧寧:你知道,這些圖像僅僅是幾張而已。世界各地的天文學家都已安排時間,要通過韋伯望遠鏡收集數據。其中許多數據將比這些圖像更加精細。例如,這次展現的遙遠星系的圖像,並不是韋伯所能看到的最深處,實際上它的曝光時間還是相對較短。因此,天文學家將不斷推進觀測,挑戰韋伯望遠鏡的極限。所以在接下來的十年裡,這台非凡的望遠鏡將會有很多新的發現。

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