向治霖

它能接收早期星系發(fā)射的紅外光，觀察135億年前宇宙大爆炸幾億年后形成的第一批恒星和星系。

2021年圣誕節(jié)，韋伯望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空。這是一趟令人期待的旅途。

上世紀(jì)90年代初，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空，在至今30年時(shí)間內(nèi)，它完成了近150萬(wàn)次對(duì)太空的科學(xué)觀察，展現(xiàn)了諸如類星體環(huán)境、遙遠(yuǎn)星云等人類此前從未目睹的景象。韋伯望遠(yuǎn)鏡，則被寄予了哈勃望遠(yuǎn)鏡“繼任者”的期望。

不過(guò)，它又與哈勃望遠(yuǎn)鏡截然不同。

2022年1月9日，天文學(xué)家通過(guò)控制釋放機(jī)構(gòu)，經(jīng)過(guò)50次主要部署，已經(jīng)將韋伯空間望遠(yuǎn)鏡中、由18塊六邊形鏡片組成的主鏡完全打開。它就像是一只眼睛，正在緩緩地張開。在預(yù)計(jì)半年時(shí)間的調(diào)整工作后，它將注目于廣袤蒼穹，望向那一片引得人類遐想了幾千年的無(wú)際宇宙。

“前輩”哈勃

比起哈勃望遠(yuǎn)鏡，韋伯望遠(yuǎn)鏡最大的不同之處，在于其可觀測(cè)無(wú)線電波長(zhǎng)。

哈勃望遠(yuǎn)鏡“雜而全”，可觀測(cè)的光譜，從紫外線、可見光，一直到紅外線以上。韋伯望遠(yuǎn)鏡“專而精”，僅僅可觀測(cè)紅外線頻段的無(wú)線電。

這不是缺陷，而是進(jìn)步。

韋伯望遠(yuǎn)鏡最早預(yù)備在2010年前后發(fā)射，然而，相關(guān)進(jìn)展一拖再拖，晚了整整10年。它的前輩哈勃望遠(yuǎn)鏡，從立項(xiàng)到發(fā)射用了40多年。

但這一切是值得的。1990年，哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)射升空，距離地面大約540公里高度。在大氣層之上，哈勃望遠(yuǎn)鏡用它直徑2.4米的鏡頭“深情凝視”遙遠(yuǎn)的宇宙，為我們揭開了許多遙遠(yuǎn)星系的秘密。

我們現(xiàn)在知道的許多宇宙學(xué)奇觀，都是哈勃望遠(yuǎn)鏡帶來(lái)的。

例如“上帝之眼”，從圖片資料中看去，它是一個(gè)蔚藍(lán)色瞳孔與白眼球的四周透色的眼瞼，和眼睛很像。事實(shí)上，這是位于水瓶星座里的、編號(hào)為NGC7293的行星狀星云。

再例如，通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡，人類第一次看見“瀕死”的行星。2019年8月，一顆滾燙的“橄欖球”狀系外行星被拍到。這顆行星因?yàn)榫嚯x恒星太近而被撕扯、加熱，大氣也正在加速逃逸，整顆行星處于被吞噬的邊緣。這個(gè)奇觀又被稱為“死亡擁抱”。

更重要的是，哈勃望遠(yuǎn)鏡拓展了我們對(duì)“時(shí)間”的視野，讓我們看見目前最古的宇宙樣貌。

2020年1月，一個(gè)國(guó)際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)利用美國(guó)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了迄今已知的最遙遠(yuǎn)、最古老的星系群。這個(gè)三重星系群被稱為EGS77。觀測(cè)表明，這個(gè)三重星系群參與了宇宙初期被稱為“再電離”的改造過(guò)程。EGS77大約誕生于宇宙大爆炸后6.8億年時(shí)，當(dāng)時(shí)宇宙年齡還不足現(xiàn)今138億歲的5%。

哈勃望遠(yuǎn)鏡戰(zhàn)功赫赫，以上寫到的，不過(guò)是最被人熟知的幾個(gè)奇觀。

然而，不得不接受的是，航天器終究有報(bào)銷退役的一天。

2010年，哈勃望遠(yuǎn)鏡最后一次接受維護(hù)，在此之后，由于美國(guó)航天器的退役，以及對(duì)維護(hù)人員的安全考慮，它再也無(wú)法被修復(fù)。

如今又過(guò)了11年，據(jù)美國(guó)航空航天局消息，哈勃望遠(yuǎn)鏡上用于維持穩(wěn)定的6個(gè)陀螺儀壞了3個(gè)，整個(gè)機(jī)身“垂垂老矣”，它將隨時(shí)可能返回大氣層，從此退役。

還好，作為它的繼任者，韋伯望遠(yuǎn)鏡終于發(fā)射上崗了。

又一只“眼睛”

韋伯望遠(yuǎn)鏡，是哈勃的繼任者，也無(wú)疑是它的加強(qiáng)版。

按照傳統(tǒng)的性能參數(shù)，最基本的一項(xiàng)是，韋伯望遠(yuǎn)鏡的反射鏡面直徑達(dá)到了6.5米，更大的面積可以收集更多光線。這也意味著，它能看到更遠(yuǎn)、更暗淡的星光。

韋伯望遠(yuǎn)鏡僅僅接收紅外線頻段，根據(jù)我們對(duì)電磁波的認(rèn)識(shí)，這意味著，它將看到更精密的、更古老的宇宙圖景。

如此一路看下來(lái)，20世紀(jì)至今，科技突飛猛進(jìn)。地面的科技“內(nèi)卷”不休，好在航天科技“初心不改”，沒有忘記去尋找星辰大海邊際的旅途。

這趟旅途的目的地，則是構(gòu)建完整的現(xiàn)代宇宙學(xué)。因而，在詳細(xì)介紹韋伯望遠(yuǎn)鏡之前，讓我們?cè)俅位氐?0世紀(jì)。

天文觀測(cè)這一領(lǐng)域，從最初就和宇宙學(xué)結(jié)緣。伽利略時(shí)代，通過(guò)手中小小的望遠(yuǎn)鏡，伽利略推翻了幾千年來(lái)“天圓地方”的宇宙構(gòu)想。20世紀(jì)，人們愈發(fā)認(rèn)識(shí)到，真正的宇宙似乎無(wú)邊無(wú)涯。

1912年，美國(guó)天文學(xué)家斯萊弗正在研究河外星系，發(fā)現(xiàn)它們的光譜線普遍存在著向紅端移動(dòng)的現(xiàn)象。隨著研究素材的積累，他得出結(jié)論，幾乎所有的河外星系，都有“紅移效應(yīng)”。根據(jù)多普勒效應(yīng)解釋，這些星系都在離地球遠(yuǎn)去。

1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出了“哈勃定律”：星系的紅移量與它們離地球的距離成正比。形象地說(shuō)，宇宙就是一個(gè)膨脹的氣球，且越在外層的、膨脹速度越快。沒錯(cuò)，哈勃望遠(yuǎn)鏡所紀(jì)念的，就是這位提出了宇宙模型的科學(xué)家。

因?yàn)椤皻馇颉蹦Ｐ?，宇宙從人們以為的“萬(wàn)古如長(zhǎng)夜”，變得熱鬧起來(lái)了。宇宙既然是越來(lái)越大的，那么，將時(shí)間往前推，它應(yīng)該越來(lái)越小?？墒牵C據(jù)在哪里？

證據(jù)就在無(wú)線電中。根據(jù)“大爆炸”學(xué)說(shuō)，宇宙不斷地膨脹，溫度不斷下降，各類元素開始形成。但是，原初輻射與物質(zhì)元素脫離耦合后仍保持黑體譜。也就是說(shuō)，宇宙最初的那次爆炸，遺留下遍存于宇宙的碎片，它們表現(xiàn)為“宇宙微波背景輻射”。

研究“宇宙微波背景輻射”，正是韋伯望遠(yuǎn)鏡的最重要的任務(wù)。

據(jù)美國(guó)航空航天局消息，它將調(diào)查作為大爆炸理論的殘余紅外線證據(jù)（宇宙微波背景輻射），觀測(cè)今天可見宇宙的初期狀態(tài)。它能接收早期星系發(fā)射的紅外光，觀察135億年前宇宙大爆炸幾億年后形成的第一批恒星和星系。

正因延期，韋伯望遠(yuǎn)鏡捕捉微弱無(wú)線電的配置得到加強(qiáng)。比起哈勃望遠(yuǎn)鏡僅僅540公里的軌道，這一次，韋伯望遠(yuǎn)鏡直接登陸150萬(wàn)公里的衛(wèi)星軌道，以此減少月球和地球的熱輻射干擾。

它是有史以來(lái)，人類最貴的一雙眼睛。大概在2022年6月前后，它會(huì)完全睜開，正式啟動(dòng)。

它將傳回怎樣的照片？值得期待。

摘編自《南風(fēng)窗》2022年第2期