韦伯太空望远镜(JWST)首批成果发布后,引发全球关注。7月14日,美国ABC10频道发布了对项目组主要科学家之一、康奈尔大学教授乔纳森·卢宁(Jonathan Lunine)的采访视频。观察者网特翻译如下:
问:韦伯太空望远镜的这些照片告诉了我们什么?
乔纳森·卢宁:首先也是最重要的,这些照片告诉我们韦伯望远镜的性能甚至优于设计要求。图像非常清晰,真的敏锐地展现了细节。我们不仅看到了前景中的物体,还看到了所有这些在背景中的星系。这说明韦伯望远镜可以成为强大的工具,发现宇宙里的许许多多物体。
而这些图像本身包含一些非常酷的信息,包括相对靠近我们自己的太阳系的,以及数十亿光年外正在发生的事情。
问:我们现在知道哈勃和韦伯太空望远镜是完全不同的,你能解释下它们的一些区别吗?
乔纳森·卢宁:它们都是太空望远镜。哈勃是光学望远镜。就颜色和波长而言,它的探测范围主要在人眼可视范围内。另一方面,韦伯太空望远镜的探测范围从我们人类的“可见光谱”的红色部分延伸到红外线,我们更常把这些区间里的光视为“热”而不是“光”。
也就是说,韦伯能看到的波长比我们人眼所能看到的要长。这不仅使我们的观测能够穿过银河系附近年轻恒星中的尘埃,还使我们能够看到极遥远的星系,当那些星系发出的光穿过膨胀的宇宙时,被拉长成红外线(也就是“红移”)。哈勃看不到这些星系,而韦伯可以看到它们。
所以我想说,韦伯望远镜算是“三冠王”。首先,它具有非凡的灵敏度,例如可以在月球那么远的地方探测到一只大黄蜂的热量;其次,它的图像非常非常清晰,相当于在25英里的距离上拍出一分钱硬币;最后,就是可以探测更宽的波长范围。
问:我觉得公众也想知道的是,当我们在看这些图像时,往往会觉得像万花筒一样,看起来到处都是一束光。我们如何能够区分一个物体是星星,而另一个不是?
乔纳森·卢宁:在大多数图像的前景中,我认为我们可以很容易地识别出这是一个星系,或者在某种情况下看到一个蛋形的星云,由恒星抛出的物质形成,事实上你都可以看到它中心的恒星。
对于图像中更遥远和更小的物体,它们几乎都是星系。你可以通过两种方式来发现这一点。其中一些,实际上可以看到它们的形状像小螺旋或类似椭圆形,因此它们不是星星。
对于那些真的很遥远的物体,你会问自己:好吧,那是一颗恒星还是一个星系?你实际上可以测量我们所说的光谱,并且看到光转移到红色区间或红外线中。我们知道有这一现象的物体真的很远,如果那么远的东西能被你看到,那它就不可能是一颗星星,必须是一个完整的星系。所以,这就是你可以区分它们的方式。
问:我们来看下这张图像,里面是有四个或五个星系?
乔纳森·卢宁:这张图像被称为“斯蒂芬五重奏”(Stephen’s quintet),它是五个星系的集合。其中左侧的一个星系实际上与其他四个星系无关,因为它在前景中,离我们更近。
图片来源:NASA
“五重奏”相关星系的编号,图片来源:哈佛大学
其他四个则在相互作用和相互碰撞。如果你仔细观察中间的一个,实际上有两个彼此非常接近的星系,当它们穿过彼此时,有点像在互相撕裂。
这真是一种激烈的场景,我们正瞥见这些由数十亿颗恒星组成的星系之间的一系列相互作用,它们在相互撕裂的过程中也正在创造新的恒星。
这些星系中的恒星也在相互作用,在引力的作用下相互拉扯,把物质抛出,如果你愿意的话,可以视作一条彩练。这些物质的彩练就像烟花一样,恒星正在其中形成。
问:这真的很酷。还有一张看起来好像都是气体的图像。这些气体实际上是在前景里,后面是星星吗?你能解释一下吗?
乔纳森·卢宁:这张图像的下半部分看起来像是棕色的、烟状的东西,顶部看起来是蓝色。这是我们所称的船底座星云(Carina Nebula)的一部分(观察者网注:具体来说,这张照片是NGC3324疏散星团的边缘),它距离地球几千光年。它就在我们的银河系中,是恒星在我们星系里诞生的地方。
图片来源:NASA
画面主体是船底座星云,右上角是NGC3324,图片来源:Harel Boren
有两个过程正在发生。在图像的底部,我们看到都是棕色的尘埃物质,它们是形成恒星的原料的一部分,恒星正在那里形成。
但在清澈的上部,恒星已经形成。比太阳质量大得多的恒星已经开始侵蚀掉棕色物质。它们发出所谓的星际风和大量紫外线——就是当我们去海滩时,试图保护自己免受其伤害的射线。
恒星形成的区域,其边缘正逐渐消失。所以,图像底部制造着新恒星,而图像顶部的原料被吹离,两者之间存在着一种“角力”。
问:这很有趣。另一个问题是我听说在研究中也获得了其他信息。我们能否在行星上找到某些潜在化学物质的信息,比如水?
乔纳森·卢宁:是的,设计韦伯望远镜要做的事情之一,就是获取宇宙中各类物体的光谱,从星系到其他恒星周围的单个行星。光谱是以波长为序,把分解的光排列开来,曲线上有高峰,也有低谷。这些高峰和低谷就是你所看到的任何物质的“化学指纹”。对于不同的元素,不同的分子,有一系列特征性的峰和谷。
因此,通过制作其他恒星周围行星的光谱,韦伯望远镜可以告诉我们行星大气的成分是什么。它含有水吗?它含有二氧化碳吗?甚至可以回答,它到底是否有大气。这将告诉我们这颗行星是否有可能支持生命,尽管不能证实是否有生命。
研究行星光谱实际上是一件棘手的事情,因为与恒星相比,围绕其母星运行的行星非常暗淡。所以韦伯太空望远镜必须使用一些技巧,才能将行星的光从恒星中分离出来,有很多方法可以做到这一点。这次其中一张图像,就是某恒星周围的行星,其光谱显示大气中有水的特征。
WASP-96b的光谱,其质量相当于0.48个木星
问:能够发现另一个星球有潜力形成生命是多么令人兴奋,尤其是这正是你的研究领域。
乔纳森·卢宁:在我个人感兴趣的一个领域中,有这样的发现,是非常令人兴奋的。后续我还将参与处理一些数据,它们同样来自环绕其他恒星的行星。
回溯到1600年,当时布鲁诺说,肯定有无数恒星,而在恒星周围有无数行星。但很长一段时间来,我们就是看不到它们,因为行星太暗了。
天文学家想看到其他恒星周围的行星,但直到1990年代才成为可能。当时的望远镜可以告诉我们那里还有其他行星,但并不能真正告诉我们大气是由什么构成的。
借助哈勃和另一台名为斯皮策的太空望远镜(观察者网注:Spitzer Space Telescope,2003年8月发射,是当时送入太空的最大的红外望远镜),我们发现可以初步探测到最大的一些行星周围的大气。
现在有了韦伯,我们不仅可以研究巨行星,还可以研究几乎与地球一样大小的行星,它们更接近于我们自己的世界。
问:这非常令人着迷。韦伯比哈勃望远镜更向前迈出了一步,但我们还需要看到更多,下一步将如何更好、更细致地观察这些星系?
乔纳森·卢宁:你知道,这些图像仅仅是几张而已。世界各地的天文学家都已安排时间,要通过韦伯望远镜收集数据。其中许多数据将比这些图像更加精细。例如,这次展现的遥远星系的图像,并不是韦伯所能看到的最深处,实际上它的曝光时间还是相对较短。因此,天文学家将不断推进观测,挑战韦伯望远镜的极限。所以在接下来的十年里,这台非凡的望远镜将会有很多新的发现。
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