[비즈한국] 利用詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，史上最巨大的宇宙地图的一角已经完成。现在，任何人都可以仔细观察这幅地图的每一个角落。乍一看，它可能显得有些平淡无奇，但如果你亲自去端详这张照片，想法一定会改变。
还记得2022年7月通过詹姆斯·韦伯观测首次公开的深场图像吗？那张照片所覆盖的天空范围非常小，仅仅是用伸长手臂后指尖的一粒沙子就能遮住的狭窄区域。詹姆斯·韦伯的视野就是如此狭小。若想用这仅有沙粒大小的视野填满整个宇宙的地图，恐怕需要漫长的岁月。
然而，这次完成的宇宙地图一角，其覆盖面积足以填满并超出天空中一颗满月的范围。考虑到詹姆斯·韦伯单次观测视野的狭窄，就能感受到这一小块地图动用了多少观测数据。仅在这次公开的照片中，就包含了超过80万个星系。任何人都可以在高分辨率下仔细查看照片的每一个细节，建议大家亲自去确认一下。
拍摄深场图像时，看起来似乎随便朝哪个方向拍就行，但事实并非如此。即使是瞄准那片看起来空空如也的黑暗天区，也需要极其精确的目标设定。因为我们周围的天空中，充斥着各种遮挡130亿年前微弱宇宙光芒的障碍物。
首先，我们所在的银河系盘面就是最令人头疼的障碍。我们生活在直径达10万光年的巨大银河系盘面边缘。从侧面观察这个盘面所形成的断面，就是银河。这片银河遮挡了头顶夜空总视野的约20%~30%。人们甚至将其被遮挡的区域贬称为“回避带”（Zone of Avoidance）。为了拍摄清晰的深场图，首先必须瞄准不受银河遮挡的天空。
用詹姆斯·韦伯拍摄深场时，还有一点需要注意。詹姆斯·韦伯是在红外波段观测宇宙。然而，宇宙空间各处都飘浮着含有氢气的气体尘埃云。这些被周围恒星和星系光芒微热的云团会散发出明亮的红外光。如果巨大的气体云铺展开来遮蔽了背后的背景宇宙，那么从更远宇宙飞来的微弱红外线就会被掩盖。因此，詹姆斯·韦伯能瞄准的深场方向，必须是不受气体云遮挡的区域。
事实上，此前哈勃太空望远镜在拍摄历史性的深场图时，也是经过严格考虑各种条件后才确定了瞄准方向。结果，它选择了北斗七星附近的一小片天空，并在那个针眼般大小的天区中发现了数千个星系。
但是，哈勃也有局限性。哈勃主要观测可见光波段。虽然得益于宇航员多次上天更换设备进行升级，它也能观测部分红外线和紫外线，但这还不足以观测到大爆炸后，太初恒星和星系在宇宙史上首次发出光芒的“再电离时期”。因为在过去的138亿年里，随着宇宙均匀膨胀，从遥远宇宙飞来的光波长被更加剧烈地拉长了。为了观测大爆炸后不久的遥远过去，必须观测更长的中红外波段光芒，而詹姆斯·韦伯正在完成这项工作。
这次公开的宇宙地图是利用詹姆斯·韦伯太空望远镜第一年运行的Cycle 1数据制作的。观测太初耀眼的恒星和星系，以及据推测将整个宇宙电离的“再电离时期”，是詹姆斯·韦伯的主要目标之一。这一时期是大爆炸后宇宙年龄仅为3亿至5亿年的时刻。这意味着我们要去观察距今135亿年前，宇宙实际上只经历了当前年龄1%~2%时的景象。
为此，天文学家们正在进行名为“宇宙演化巡天”（Cosmic Evolution Survey，简称COSMOS）的项目。在该项目中，詹姆斯·韦伯瞄准的是既没有特殊星系也没有气体云、空旷且无趣的黑暗宇宙。因此，相比于看点更多的北半球天空，它指向了在南半球天空中可见的非常小的星座——六分仪座方向。（遗憾的是，在韩国无法看到COSMOS场区域。）
在过去的一年里，詹姆斯·韦伯断断续续地收集了来自六分仪座附近小块天空的太初之光。累积的总曝光时间达到了255小时。利用詹姆斯·韦伯的NIRCam，通过不同红外波段（F115W、F150W、F277W、F444W）的光线合成了彩色图像。詹姆斯·韦伯单次视场非常小，仅能看到比满月还小得多的0.18平方度（deg²）区域，那是像沙粒一样小的天空。通过一点一滴地拼接，总共填补了达到0.54平方度的更大天空区域地图。它通过收集像沙粒一样小的碎片，描绘出了一张如满月般巨大的地图。
这是人类史上制造的最深邃、同时也最巨大的宇宙地图一角。仅这一张照片中就确认了超过80万个处于不同距离的星系。其中还隐约混杂着保存了130亿年以上更久远过去光芒的星系之光。与现有的哈勃深场图相比，这是一个巨大的成果。在以往的哈勃深场图照片中，其中包含的星系数量最多也就在1万个左右，而詹姆斯·韦伯在这片小小的天空碎片中捕捉到了超过80万个星系的光芒。
由于最初就选择了几乎不被银河系恒星和气体云遮挡的最空旷方向，因此照片中几乎没有银河系内耀眼的恒星。取而代之的是，仔细观察的话，还能看到各处因为时空扭曲而呈现出引力透镜效应的图像。任何人都可以轻松直接地欣赏到这些美丽的景象。希望各位读者通过下方的链接，亲自去探索詹姆斯·韦伯宇宙地图的第一块拼图。无论照片如何无限放大，你都能邂逅不断浮现的朦胧星系盛宴。
随着詹姆斯·韦伯的升空，我们意识到宇宙在比我们原本想象中更早的时间点，就已经具备了现在的绚丽景象。詹姆斯·韦伯观察到的初期宇宙显示的星系数量几乎是我们预期水平的10倍。此外，它们并非尚未成形的矮星系，大多表现出已经拥有明显棒状结构和旋臂的成熟模样。甚至在初期宇宙中，还发现了堪比今天星系中心超大质量黑洞的巨大黑洞。在宇宙年龄不到10亿年的时间点上，一个看起来仿佛已经100亿岁的过度早熟的宇宙被揭示了出来。
其实，满月在夜空中占据的面积也不算很大，它看起来很小，用伸长手臂后竖起的一根手指就能遮住。而现在，我们才刚刚填补了那块仅能遮住一颗满月的小小拼图。想象一下头顶广阔的天空，要覆盖整个天空需要多少颗满月？简单计算一下，大约需要超过21万颗满月。在21万块拼图碎片中，我们现在才刚刚完成了第一块。
这块小小的拼图深度承载了138亿年的时间。在可见的明亮星系之间，遗憾的是，还充满了我们肉眼无法看到的暗物质和暗能量。17世纪的意大利天文学家伽利略，历史上首次通过望远镜仰望夜空，并细致记录了星光诉说的故事。他将自己的发现出版成了一本名为《星际信使》（Sidereus Nuncius）的书。这是一个有着“传递星星消息的人”这样美丽寓意的名字。没错，这或许正是天文学所做的工作。
我们现在正在传递穿越了整整138亿年漫长岁月飞来的星星消息。在那漫长时光中累积下来的夜空之光，该有多少想要告诉我们的故事啊。从夜空中取下的小小拼图中，浓缩了漫长的宇宙故事。
参考
https://cosmos.astro.caltech.edu/page/cosmosweb
https://cosmos2025.iap.fr/fitsmap/?ra=150.1203188&dec=2.1880050&zoom=1
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023ApJ...954...31C/abstract
作者池雄培（Ji Ung-bae）是谁？他热爱猫咪和宇宙。小时候在看了《银河铁道999》后，就萌生了要向世界传播宇宙之美的梦想。目前在延世大学星系演化研究中心及近宇宙论实验室研究通过星系相互作用产生的演化，同时参与讲座和写作等多种科学传播活动。著有《暧昧的天文台》、《整天思考宇宙》、《星星，光的科学》等书。