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來自130億光年外,韋伯望遠(yuǎn)鏡的五張照片,揭秘宇宙的真實(shí)大小

哈勃望遠(yuǎn)鏡升空六年后,美國宇航局開始向全國招標(biāo),籌備新式極端精密的空間望遠(yuǎn)鏡計(jì)劃,并以NASA第二任局長詹姆斯.韋伯來命名計(jì)劃名稱。

由于開發(fā)時(shí)遇到許多困難,導(dǎo)致發(fā)射日期整整拖延了十四年,資金也狂飆到上百億美元,不過也因更龐大鏡片和更先進(jìn)的儀器,收獲了史上最強(qiáng)望遠(yuǎn)鏡的稱號(hào),雖然中途意外不斷,最后也終于成功抵達(dá)了拉格朗第二日點(diǎn)的太陽軌道上。

功夫不負(fù)有心人

經(jīng)過半年的調(diào)試準(zhǔn)備后,萬眾矚目的韋伯望遠(yuǎn)鏡于7月12日公布了它的第一批全彩圖像。這是迄今為止,人類能夠觀測(cè)到的宇宙最遙遠(yuǎn),最清晰的紅外圖像。

相比哈勃望遠(yuǎn)鏡,韋伯的優(yōu)勢(shì)還在于波長范圍,宇宙的紅移現(xiàn)象十分明顯,但哈勃的波長范圍主要為90-2500納米的可見光,而韋伯的波長范圍達(dá)到了600-28500納米的紅外線,所以我們能看到更古老更遙遠(yuǎn)的宇宙。

那么這次公布的第一批照片透露了什么信息?

人類究竟看到了多遠(yuǎn)?

作為第一批科學(xué)影像,韋伯這次公布的四張照片分別對(duì)應(yīng)了四個(gè)主題:早期宇宙,星系演化,恒星的生命循環(huán)和系外行星,其中早期宇宙就包括了首張深場圖像,深場指的是對(duì)天空中極小的區(qū)域極限放大并進(jìn)行長時(shí)間曝光,觀測(cè)到宇宙最深處的景象。

這張照片被親切地稱為“韋伯第一深場”,是迄今為止最清晰最遙遠(yuǎn)的宇宙紅外圖像,圖中的星系編號(hào)為SMACS 0723,來自距離地球51.2億光年外的一個(gè)星系團(tuán),畫面中的黃白色天體實(shí)際上是上千星系共同發(fā)出的光芒。

 

由于光的速度有限,我們看到的實(shí)際上是SMACS 0723 46億年前的樣子。在它發(fā)出這束光時(shí),太陽系剛剛形成,地球還處于熔融狀態(tài)。

圖中除過中央包含了成千上萬個(gè)星系的SMACS 0723星系團(tuán)以外,還包括有史以來觀測(cè)到最遠(yuǎn),最微弱的的天體。

仔細(xì)觀察圖中可以發(fā)現(xiàn),在SMACS 0723星系團(tuán)周圍有一些彎曲的弧線,似乎光線被拉長變形了,這些弧線的光來自宇宙更遙遠(yuǎn)更深的星系,最遠(yuǎn)的光已經(jīng)在宇宙中穿行了130多億年,我們能看到這么遙遠(yuǎn)的星系,還要?dú)w功于引力透鏡效應(yīng)。

質(zhì)量與引力密不可分

一個(gè)天體的質(zhì)量越大,引力就越大,這也是我們?yōu)槭裁茨軌蛘驹诘厍蛏,而不是飄向太空的原因,引力同時(shí)也會(huì)扭曲時(shí)空,就像SMACS 0723質(zhì)量龐大的星系團(tuán)扭曲了周圍時(shí)空,把整個(gè)星系團(tuán)變成了放大鏡一樣。

當(dāng)它后面更遠(yuǎn)更古老的星系發(fā)出的光線通過SMACS 0723時(shí),就會(huì)發(fā)生偏折和聚焦,最終形成了圖中無數(shù)弧形的扭曲影像。

在我們的印象中,宇宙似乎十分空曠

但在這張深場照片里,許多閃爍著不同顏色的星系和天體組成了萬花筒,宇宙變得有些擁擠了,然而這只是天空中極其微小的一片區(qū)域,相當(dāng)于把一粒沙子放在指尖,然后伸直手臂,從肩膀處看過去,沙子與地球的比例就像這片星系與天空的比例。

然而這還只是整個(gè)宇宙中極其微小的一部分,真實(shí)宇宙的大小早已超出了我們的認(rèn)知和想象力,那么真實(shí)的宇宙到底有多大?

現(xiàn)代宇宙學(xué)認(rèn)為,宇宙誕生于138億年前的奇點(diǎn)大爆炸,爆炸30萬年后逐漸形成了氫氦等原子,宇宙的主要成分也是氣態(tài)物質(zhì),直到宇宙大爆炸的92億年后,現(xiàn)在太陽系位置的原始星云在引力的作用下匯聚到了一起,才形成了太陽。

又過了近百萬年,太陽剩下的物質(zhì)邊角料形成了八大行星和太陽系其余所有物質(zhì)。這時(shí)的地球剛剛誕生,還處于極不穩(wěn)定的階段,小行星的撞擊接二連三,地表完全呈熔巖態(tài),又過了42億年,原始海洋中開始逐漸誕生命,隨后各種生物在歷史的長河中更迭演變。而人類則在20萬年前才剛剛出現(xiàn)。

如果把宇宙138億年的歷史濃縮成成一天,那么人類在一天中的最后一秒才出現(xiàn)。

再從空間角度來看

太陽系只是銀河系中普通又渺小的一個(gè)星系,而人類目前飛得最遠(yuǎn)的飛行器至少還要兩萬年才能飛出太陽系,7萬年后才能達(dá)到距離太陽系最近的比鄰星。

也許對(duì)人類來說,銀河系已經(jīng)夠大了,人類文明最后有沒有能力飛出銀河系都是未知數(shù),然而銀河系也只是本星系群中的一員,和其他十幾個(gè)星系沒有區(qū)別。

本星系群又歸屬于室女座星系團(tuán),然后是拉尼亞凱亞超星系團(tuán),在直徑2.5億光年的范圍內(nèi),別說太陽系,連銀河系都像一粒塵埃。

就連目前直徑930億光年的可觀測(cè)宇宙,也只是人類能看到的極限,更遠(yuǎn)更深的空間還隱藏在不斷擴(kuò)張的黑暗中。

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