明亮、斯韋熾熱的伯太恒星沃爾夫-拉葉星124 (WR 124)距離地球約15，000光年，空望位于這張詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡合成圖像的遠(yuǎn)鏡中心，該圖像結(jié)合了韋伯近紅外相機(jī)和中紅外儀器發(fā)出的重大近紅外和中紅外波長(zhǎng)的光。美國(guó)宇航局于2023年3月14日發(fā)布了這張圖片。現(xiàn)系星暗(Image credit: NASA,外行物質(zhì) ESA, CSA, STScI, Webb ERO Production Team)
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（By Keith Cooper）：任務(wù)小組成員說(shuō)，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)讓我們眼花繚亂了，詹姆但最好的斯韋還來(lái)自天文臺(tái)。
“我們從望遠(yuǎn)鏡中得到了很多精彩的伯太工作，”詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡(JWST)行星科學(xué)副項(xiàng)目科學(xué)家斯蒂芬妮·米拉姆周二(3月14日)在得克薩斯州奧斯汀的空望西南偏南(SXSW)會(huì)議和節(jié)日上告訴觀眾。
馬里蘭州格林貝爾特美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心天體化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)鏡米拉姆補(bǔ)充說(shuō):“科學(xué)界正在努力分析他們自己的數(shù)據(jù)，并將其納入科學(xué)同行評(píng)審的重大出版物，現(xiàn)在終于取得了成果。現(xiàn)系星暗”
一張轟動(dòng)的新發(fā)布的WR 124的JWST圖像就是一個(gè)例子，這是一顆巨大的奇異恒星，已經(jīng)脫落了大約10倍于太陽(yáng)的質(zhì)量。這幅壯觀的圖像是去年夏天，就在JWST開(kāi)始其科學(xué)操作之后拍攝的，它說(shuō)明了望遠(yuǎn)鏡的近紅外和中紅外儀器，結(jié)合其21.3英尺寬(6.5米)的鏡面的卓越光學(xué)系統(tǒng)，如何能夠向天文學(xué)家展示他們從未見(jiàn)過(guò)的細(xì)節(jié)。
在WR 124的情況下，來(lái)自近紅外相機(jī)(NIRCam)和中紅外儀器(MIRI)的數(shù)據(jù)揭示了WR 124周?chē)鷫m埃的塊狀結(jié)構(gòu)，讓天文學(xué)家更好地了解塵埃是如何產(chǎn)生的，塵埃粒子的大小和數(shù)量，以及來(lái)自其他這樣的“沃爾夫-拉葉星”的塵埃如何影響銀河系的整體塵埃含量，然后在下一代恒星和行星中循環(huán)利用。
“我們真正獲得許多新信息的一個(gè)領(lǐng)域是恒星的誕生，”Milam在SXSW活動(dòng)上說(shuō)。“[我們]正在以一種我們從未真正接觸過(guò)的方式理解恒星的形成，這種全新的敏感性和細(xì)節(jié)是我們以前從未有過(guò)的。我們不僅在我們自己的星系中看到了恒星的形成，甚至在其他星系中也看到了……我們現(xiàn)在得到了這一細(xì)節(jié)，以前我們只對(duì)自己的星系有所了解，現(xiàn)在擴(kuò)展到宇宙中的其他星系。這真是一個(gè)令人興奮的時(shí)刻，成為這個(gè)領(lǐng)域的一部分，了解我們的太陽(yáng)是如何誕生的，太陽(yáng)系是如何形成的，這給了我們第一次真正的一瞥。”
通過(guò)窺視籠罩在可見(jiàn)光波長(zhǎng)不透明的恒星形成區(qū)域的塵埃氣體云，JWST的紅外視覺(jué)能夠梳理出這些重要的細(xì)節(jié)。但是天文學(xué)家不僅僅想了解恒星和行星是如何形成的；他們也想更多地了解自己是如何進(jìn)化的。這就是WR 124觀測(cè)的用武之地——從星云外層脫落的中心恒星質(zhì)量是我們太陽(yáng)的30倍，最終將爆發(fā)為超新星。JWST也承諾對(duì)行星做同樣的事情。
我們太陽(yáng)系的行星是一個(gè)起點(diǎn)。“我們將使用詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡觀察太陽(yáng)系，并且已經(jīng)這樣做了，”米拉姆說(shuō)。JWST團(tuán)隊(duì)已經(jīng)發(fā)布了火星、木星和海王星的出色圖像，以及2022年9月DART撞擊小行星Dimorphos的觀測(cè)結(jié)果。
“我們將觀察我們太陽(yáng)系中JWST能指出的一切，從近地小行星、彗星、星際物體、所有的行星及其衛(wèi)星到我們太陽(yáng)系最遠(yuǎn)的地方，包括我們最喜歡的小行星冥王星，”米拉姆說(shuō)。“所以，未來(lái)還會(huì)有更多。”

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡捕捉到了這幅遙遠(yuǎn)的冰巨人海王星的圖像。(Image credit: NASA/ESA/CSASTScI)
在我們的太陽(yáng)系之外，有更多的行星圍繞其他恒星運(yùn)行。迄今為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了5000多顆系外行星，大小從比木星大的巨型行星到火星大小的小行星不等。然而，最容易研究的系外行星一直是熱木星——離它們的主星非常近的氣態(tài)巨行星，軌道半徑只有幾百萬(wàn)英里——因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生最強(qiáng)的信號(hào)。
JWST最早的系外行星結(jié)果也來(lái)自熱木星——例如WASP-39b，一顆距離我們700光年的巨型行星。JWST進(jìn)行了所謂的凌日光譜學(xué)研究，在這項(xiàng)研究中，當(dāng)行星穿過(guò)其恒星表面時(shí)，一些星光會(huì)穿過(guò)行星的大氣層。這種光被行星大氣層內(nèi)的分子吸收，不同的分子吸收不同波長(zhǎng)的光。JWST的WASP-39b大氣光譜——顯示了吸收線(xiàn)，這使得天文學(xué)家能夠識(shí)別相關(guān)分子——是迄今為止對(duì)系外行星大氣進(jìn)行的最詳細(xì)的觀察。
“我們已經(jīng)看到JWST數(shù)據(jù)非常好，非常精確，我們能夠在這些遙遠(yuǎn)的系外行星大氣中檢測(cè)到我們從未真正期望看到的額外分子，”美國(guó)宇航局戈達(dá)德的克尼科爾·科隆說(shuō)，他也在SXSW活動(dòng)中發(fā)言，他是JWST系外行星科學(xué)的副項(xiàng)目科學(xué)家。
其中一種分子，二氧化硫，是在WASP-39b的大氣中通過(guò)光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)陽(yáng)光對(duì)大氣中的原子和分子的作用。
“我們真的不認(rèn)為我們能夠看到JWST的(這些化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果)，”科隆說(shuō)。“即使我們知道這將是一個(gè)偉大的望遠(yuǎn)鏡，[二氧化硫的檢測(cè)]仍然比預(yù)期的好得多。”
這意味著，隨著JWST研究和描述越來(lái)越多的系外行星，新的令人興奮的發(fā)現(xiàn)幾乎肯定會(huì)出現(xiàn)在菜單上，這些發(fā)現(xiàn)將能夠教會(huì)天文學(xué)家關(guān)于這些行星的形成和演化。例如，行星大氣中的氣體混合物可以給出一些跡象，表明行星形成時(shí)離它的恒星有多遠(yuǎn)。
在JWST之前，對(duì)系外行星大氣的研究?jī)H限于熾熱的木星，但是JWST現(xiàn)在也開(kāi)始瞄準(zhǔn)較小的、地球大小的行星的大氣。例如，對(duì)TRAPPIST-1系統(tǒng)巖石世界的觀測(cè)正在進(jìn)行中，但由于這些行星比熱木星小得多，并且圍繞一顆暗淡的紅矮星運(yùn)行，JWST需要更長(zhǎng)時(shí)間才能從它們的大氣層中梳理出細(xì)節(jié)，如果它們甚至有大氣層的話(huà)。然而，在接下來(lái)的幾年里，來(lái)自TRAPPIST-1行星和其他類(lèi)似世界的一些結(jié)果可能會(huì)改變我們?cè)谟钪姹尘跋氯绾慰创覀冏约旱牡厍颉?br>“我們?nèi)匀惶幱谄谱g所有系外行星數(shù)據(jù)的早期階段，”科隆說(shuō)。“我們想做的是比較這些系統(tǒng)，然后說(shuō)，‘它們和地球有什么相似之處嗎？’我很高興看到我們對(duì)那些和我們地球差不多大的行星的了解。它們可能不總是相同的溫度，它們的表面可能沒(méi)有液態(tài)海洋等等，但是我們?nèi)匀黄谕私馑鼈兊恼w大氣。大氣中有水嗎？有二氧化碳嗎？有沒(méi)有什么我們熟悉的東西可以聯(lián)系起來(lái)，幫助我們更好地理解外面是否有其他生命？"
無(wú)論這些答案是什么，它們都即將到來(lái)，接下來(lái)的幾年將會(huì)非常激動(dòng)人心，因?yàn)镴WST將會(huì)做出最終可能成為歷史性里程碑的發(fā)現(xiàn)。
“與JWST一起從事科學(xué)研究的頭幾年將為我們面臨的巨大的新問(wèn)題和挑戰(zhàn)打開(kāi)大門(mén)，這些問(wèn)題和挑戰(zhàn)涉及另一個(gè)星球上是否可能存在生命，”米拉姆說(shuō)。
另一個(gè)與尋找可居住的系外行星一樣吸引人們想象力的謎團(tuán)是黑暗宇宙，特別是暗物質(zhì)，這是一種神秘的物質(zhì)，被認(rèn)為是在星系和星系團(tuán)中觀察到的額外引力和暗能量的原因，暗能量是推動(dòng)宇宙加速膨脹的未知力量。
“我們認(rèn)為，宇宙中大約75%的能量物質(zhì)是我們稱(chēng)為暗能量的神秘物質(zhì)，另外20%是稱(chēng)為暗物質(zhì)的神秘物質(zhì)，”Milam說(shuō)。“當(dāng)天文學(xué)家不知道某樣?xùn)|西是什么的時(shí)候，我們就給它貼上黑暗的標(biāo)簽。令人震驚…數(shù)千億個(gè)星系、數(shù)萬(wàn)億顆恒星和數(shù)不清的行星，所有這些僅占整個(gè)宇宙的5%。而剩下的，另外95%，我們不知道是什么。”
暗物質(zhì)位于星系周?chē)床灰?jiàn)的光環(huán)中，這使得Milam將暗物質(zhì)描述為星系所在的“腳手架”。
“JWST將幫助我們特別了解暗物質(zhì)，”米拉姆說(shuō)。"通過(guò)研究星系如何隨時(shí)間變化，我們能夠更多地了解暗物質(zhì)."
JWST將無(wú)法發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)是什么；這取決于粒子物理學(xué)家。但是通過(guò)觀察暗物質(zhì)在星系周?chē)男袨椋煳膶W(xué)家將能夠限制它的一些特性，這可以幫助物理學(xué)家確定它的性質(zhì)。自從薇拉·魯賓在20世紀(jì)70年代首次發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)的存在以來(lái)，研究人員就一直在問(wèn)這個(gè)問(wèn)題，而JWST可以幫助天文學(xué)家在我們的理解上取得一些巨大的進(jìn)步。
與此同時(shí)，JWST的新發(fā)現(xiàn)不斷出現(xiàn)。
“我可以說(shuō)，我們有很多從望遠(yuǎn)鏡中獲得的精彩作品，”Milam說(shuō)。“我們有一系列即將發(fā)布的新聞稿，所以這是一個(gè)非常激動(dòng)人心的時(shí)刻。每周我們都會(huì)發(fā)布一些東西，所以請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注，我相信你會(huì)大吃一驚的。”