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改写天文学的詹姆斯·韦伯太空望远镜:《觉醒的宇宙》

本文由AI自动翻译。与韩语原文相比可能存在误差。  Read original in Korean →

[비즈한국] 记者的电脑桌面上,设为壁纸的是詹姆斯·韦伯太空望远镜所拍摄的“皮斯米斯(Pismis)24”星团照片。那深蓝色的夜空下,云雾缭绕着山峰般的梦幻景象,实际上呈现了无数恒星诞生的惊人瞬间。位于天蝎座方向、距离地球约5500光年的礁湖星云中心,皮斯米斯24是人类已知距离最近、恒星诞生最为活跃的场所之一。得益于詹姆斯·韦伯太空望远镜,人类得以追踪发生在这里的恒星诞生奥秘及其演化过程。

觉醒的宇宙
理查德·帕内克 著,姜成柱 译,Waterbear Press
332页,2.2万韩元
觉醒的宇宙 理查德·帕内克 著,姜成柱 译,Waterbear Press 332页,2.2万韩元

最近出版的《觉醒的宇宙》生动地讲述了天文学“游戏规则改变者”——詹姆斯·韦伯太空望远镜那跌宕起伏的诞生过程与惊人成就。“詹姆斯·韦伯太空望远镜”被公认为2020年以后人类取得的最伟大的科学成就之一。如果说“前辈”哈勃太空望远镜在30多年间通过观测深空(Deep Field)、多个星系和超新星,拓展了天文学的视野,那么詹姆斯·韦伯则将这一视野带入了全新的维度。

与观测可见光和紫外线区域的哈勃不同,詹姆斯·韦伯是一台反射镜更大、能够观测更遥远宇宙(更古老的过去)的红外线望远镜。由于宇宙正在加速膨胀,天体距离越远,远离我们的速度就越快。受多普勒效应影响,天体的光会发生红移,从而进入红外线区域。因此,要观测最遥远、最古老的宇宙,必须使用红外线望远镜。詹姆斯·韦伯太空望远镜正是为了寻找“最初的光”并揭示宇宙起源这一宏大目标而诞生的。

2017年詹姆斯·韦伯太空望远镜制作时的模样。18个反射镜呈蜂窝状展开,形成了一只巨大的眼睛。图片=NASA/Chris Gunn
2017年詹姆斯·韦伯太空望远镜制作时的模样。18个反射镜呈蜂窝状展开,形成了一只巨大的眼睛。图片=NASA/Chris Gunn

当然,达成这一目标绝非易事。詹姆斯·韦伯可以说是数千人耗费30年心血共同追求的宏大梦想,而将这一梦想转化为现实的过程,简直如同“噩梦”。最初的预算为10亿美元,但随着项目推进,费用最终飙升至100亿美元(约14万亿韩元)。发射日期也从2007年一拖再拖,改至2014年、2018年,最终定于2021年。实际上,詹姆斯·韦伯飞向太空的日子,已经是2021年的圣诞节早晨,距离年底仅剩6天。

望远镜的制造过程也是接二连三的不可能挑战。由于6.5米长的巨大反射镜无法直接装入火箭,科学家们想出了将镜面分成18个六角形组件,并在太空中展开并拼接在一起的惊人创意。此外,为了消除需要在极低温下工作的红外线望远镜自身产生的热量,他们还专门设计并制作了一个网球场大小的五层遮阳罩并在太空中展开。

在这个过程中,政治压力、预算削减、技术故障接踵而至,甚至还遭遇了新冠疫情……詹姆斯·韦伯能够克服重重困难最终飞向太空,本身就是人类潜能的有力证明。

詹姆斯·韦伯拍摄的创生之柱(左)与皮斯米斯24星团。这是无数恒星诞生的现场。图片=NASA, ESA, CSA, STScI
詹姆斯·韦伯拍摄的创生之柱(左)与皮斯米斯24星团。这是无数恒星诞生的现场。图片=NASA, ESA, CSA, STScI

2021年12月25日清晨,全球数百万人观看了詹姆斯·韦伯的发射直播。火箭发射成功了,但还有344道“鬼门关”在等着它。只要其中任何一个环节失败,整个巨额项目都将付之东流。从第一步太阳能板展开开始,最艰难的任务莫过于遮阳罩的部署,这需要107个释放装置、90条电缆和400个滑轮完美配合。遮阳罩花了整整一周时间才完全展开。几天后,主镜和次镜也相继打开,呈现出完美的蜂窝状。詹姆斯·韦伯终于睁开了眼睛!

1月24日,詹姆斯·韦伯终于抵达了目的地——拉格朗日L2点。此处距离地球150万公里,是太阳和地球引力平衡的位置。得益于此,它能以最少的燃料维持轨道,并在地球后方几乎不受太阳和地球强烈的紫外线辐射影响,从而清晰地拍摄星空。

两个月后,NASA公布了詹姆斯·韦伯拍摄的测试图像。虽然这只是一张名为“2MASS J17554042+6551277”的普通恒星照片,但其清晰度几乎达到了理论极限。最令人惊叹的是它的背景:无数星系像宝石一样镶嵌在恒星周围。詹姆斯·韦伯在测试阶段就已经传回了足以媲美哈勃深空拍摄的照片。

随后,7月12日,詹姆斯·韦伯拍摄的首张SMACS 0723星系团深空图像正式发布。更遥远、更黑暗、更古老的星系清晰地呈现在世人眼前。在仅仅如同一粒沙子大小的天区中,包含了数千个130亿年前早期宇宙的星系。

詹姆斯·韦伯正以更巨大、更清晰的眼睛改写天文学史。如今,全球的天文学家们正在分析詹姆斯·韦伯的观测数据,深入挖掘宇宙的奥秘。

詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的首张深空图像。看起来像模糊光斑的背景星系,正是130亿年前早期宇宙的星系。图片=NASA, ESA, CSA, STScI
詹姆斯·韦伯太空望远镜拍摄的首张深空图像。看起来像模糊光斑的背景星系,正是130亿年前早期宇宙的星系。图片=NASA, ESA, CSA, STScI

《觉醒的宇宙》像纪录片一样生动地讲述了詹姆斯·韦伯经历的危机与挑战时刻。而在每一个瞬间,都有“人”的身影。包括在哈勃发射前就提议开发后续望远镜的太空望远镜科学研究所所长里卡多·贾科尼(Riccardo Giacconi)、说服NASA并将项目落地的华盛顿卡内基研究所研究员艾伦·德雷斯勒(Alan Dressler)、设计太阳屏蔽罩的迈克·门泽尔(Mike Menzel)、将巨大主镜拆解为18块并完成测试的李·法恩伯格(Lee Feinberg)及工程师们、向自家猫咪展示詹姆斯·韦伯拍摄的海王星光环的NASA科学家海蒂·哈默尔(Heidi Hammel),以及分析数据并不断接近宇宙起源的无数天文学家们。

作者理查德·帕内克(Richard Panek)将这些人的故事串联起来,引人入胜地讲述了人类的“新眼睛”是如何诞生以及它看到了什么。此外,天文学家兼YouTuber“恒星”姜成柱的翻译与解说,让即便对天文学不了解的人也能轻松有趣地阅读。书中还收录了詹姆斯·韦伯拍摄的主要彩色图像。创生之柱、宇宙悬崖、斯蒂芬五重奏、宇宙沙漏、木星和海王星的光环等,那些令人难以置信的清晰且美丽的星系与太阳系影像,定会让读者的双眼大饱眼福。

顺便提一下,与其他以开普勒、哈勃、钱德拉等著名科学家命名的太空望远镜不同,詹姆斯·韦伯是以NASA第二任局长詹姆斯·埃德温·韦伯(James Edwin Webb)的名字命名的。韦伯在阿波罗计划等宇宙竞争的鼎盛时期领导了NASA。

本文由AI自动翻译。与韩语原文相比可能存在误差。
김남희 기자

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