揭秘宇宙“时间机器”：韦伯望远镜凭什么超越哈勃，带我们回溯宇宙大爆炸？

当詹姆斯·韦伯空间望远镜的首批全彩图像发布时，整个世界都为之惊叹。那些深邃、壮丽的宇宙图景，无论从清晰度还是细节上，都似乎超越了我们对宇宙的想象极限。很多人不禁要问：我们不是已经有了哈勃空间望远镜吗？韦伯望远镜拍到的照片，究竟比哈勃强在哪？它为什么能如此轻易地刷新我们对宇宙的认知边界？

要理解韦伯望远镜的强大之处，我们需要深入了解它与哈勃望远镜在“看”宇宙方式上的根本差异。这不仅仅是技术上的升级，更是一次观测视角的革命——从可见光到红外光的转变，让韦伯望远镜成为了真正的宇宙“时间机器”。

哈勃的“肉眼”与韦伯的“夜视镜”

想象一下，你站在一个雾蒙蒙的山谷中，想看清远处的景色。哈勃望远镜就像一双无比锐利的“人眼”，在晴朗无雾的时候，它能将远处的风景尽收眼底，拍下清晰绚丽的照片。它主要在可见光和紫外线波段工作，为我们展现了宇宙近期的模样。

然而宇宙远不是一个晴朗无雾的山谷。它充满了星际尘埃和气体云，这些物质对可见光来说就像厚重的“雾霾”。更重要的是，宇宙还在不断膨胀，这导致来自遥远星系的光线在漫长的旅行中，波长会被拉伸，从可见光波段“红移”到红外光波段。

韦伯望远镜则像是宇宙的“超级夜视镜”。它主要在红外光波段进行观测。红外光具有更长的波长，能够穿透那些阻挡可见光的星际尘埃和气体云，看清被遮蔽的星系和恒星。这就像夜视镜能穿透黑暗一样，韦伯能穿透宇宙的“尘埃迷雾”。

为什么红外光能让我们“看到过去”？

红外成像的强大之处，在于它能让我们真正意义上地“看到宇宙的过去”，甚至回溯到宇宙大爆炸之后不久的“婴儿期”。

当宇宙诞生之初，第一批恒星和星系刚刚形成时，它们发出的光主要是可见光和紫外光。然而由于宇宙持续膨胀，这些光线经过数百亿光年的旅程到达地球时，其波长已经被拉伸得非常长，从可见光和紫外线变成了红外线。这种现象被称为宇宙学红移。红移的程度越大，就意味着这个星系距离我们越遥远，它发出的光抵达地球的时间越久远，我们看到的就是它越古老的模样。

哈勃望远镜主要观测的可见光波段，能够捕捉到宇宙中较近、较成熟的星系。而韦伯望远镜，凭借其对红外光的超高灵敏度，能够捕捉到这些被严重红移的古老光线。这就好比哈勃能看到宇宙的“成年照”，而韦伯则能看到宇宙的“婴儿照”甚至“胚胎照”。它让我们能够直接观测到宇宙大爆炸后仅仅几亿年内形成的最初一批星系，揭示宇宙“黎明时期”的奥秘。

巨大的“瞳孔”与极致的“冷寂”

除了红外观测的优势，韦伯望远镜在硬件上也有着巨大的飞跃。

韦伯望远镜的主镜直径达到6.5米，是哈勃望远镜的近三倍。更大的主镜意味着它能收集到更多的光线，从而看到更暗弱、更遥远的天体。如果把望远镜比作眼睛，韦伯的“瞳孔”比哈勃大得多，因此能捕捉到更多微弱的光芒。

为了实现极高的红外探测灵敏度，韦伯望远镜必须工作在一个极其寒冷的环境中。它的工作温度被冷却到零下233摄氏度，甚至有些仪器的工作温度更是接近绝对零度，达到零下266摄氏度。这是为了避免望远镜自身发出的红外热辐射干扰到对遥远宇宙微弱红外信号的探测。为了保持这种极度低温，韦伯望远镜配备了一个巨大的五层遮阳板，像一个巨大的风筝，始终阻挡着太阳光和地球反射光。

韦伯望远镜带给我们的未来

韦伯望远镜的成功，不仅仅是为我们带来了几张令人震撼的宇宙照片。它正在帮助科学家们：

追溯宇宙的起源：直接观测到宇宙中最早的恒星和星系，理解它们是如何形成的。

探寻地外生命：通过分析遥远系外行星的大气成分，寻找生命存在的痕迹，例如水、甲烷等生物特征分子。

解密星系演化：更深入地理解星系如何形成、碰撞、融合，以及黑洞在其中扮演的角色。

韦伯望远镜不仅仅是一台望远镜，它是一扇通往宇宙深处和时间尽头的窗户。它每一次传回的图像和数据，都在刷新我们对宇宙的认知，让我们对我们所居住的这个浩瀚宇宙，有了更加深刻而充满敬畏的理解。

来源: 张天缘的科普号