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发布: 6:57pm 01/02/2023

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世界最先進望遠鏡——韋伯,要來到馬來西亞啦!

文:丁源森(澳洲国立大学天文系与电脑科学系副教授)

韋伯是什麼?

如果你是學迷的話,你一定還記得去年的盛事,那就是韋伯望遠鏡成功升空,成為天文界最新的寵兒。比起勤勤懇懇工作數十載的哈勃望遠鏡,韋伯望遠鏡更具優勢,筆者也就不跟大家哈拉,上來直接給你們硬核的。

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韋伯的半徑是哈勃的3倍。因為採光的速率和鏡面的面積成正比,所以韋伯的效率約為哈勃望遠鏡的10倍,即一個哈勃需要花10年去幹的活,韋伯只需要一年就“搞定”。更重要的是,哈勃主要的觀測波段是紫外線和可見光,而韋伯觀測波長較長的紅外線。韋伯當初設計時採取紅外觀測的主要考量,就包括了目前天文界比較火爆的兩個課題——尋找太陽系外的生命,和尋找最古老的

▶韋伯望遠鏡捕捉到的星河中的搖籃——孕育著許多恆星的卡麗娜星雲。(取自NASA官網)

尋找

關於前者,天文界尋找外星文明的主要手段是仔細刻畫太陽系外(簡稱系外行星)的大氣——看看那些類似地球的行星中有沒有一些有機氣體和水分。而韋伯在這裡發揮的作用是巨大的。要知道水分在大氣中主要“發光”的波段為紅外線,但是地球的大氣水分同時也大量地吸收紅外線,所以地球上的天文儀器很難去捕捉系外行星紅外的波段。由於韋伯發射在地球之外,不會被地球大氣所“矇蔽”,因此也成為了少數可以去研究系外行星大氣的儀器。

而現在實測下來也確實如此。要知道當初韋伯的第一次成果發表會,NASA發了5個結果 “秀秀肌肉”,就展示了韋伯能夠精確無誤探測到系外行星的水氣。當然了,那個結果並不意外,因為我們之前就通過一些手段知道該行星是有水分的,不過因為那個行星並不在適合生命發生的宜居帶,所以這個結果也只是實測一下韋伯的能力。但即便如此,筆者當初在線上觀看這個“直播”時也是被震掉了一個下巴。依韋伯的這個實力,估計找到在宜居帶且有水分和有機氣體的行星也就是10年以內的事了。

尋找最古老的星系

不過除了尋找系外生命,韋伯的另一個主要突破點,如上所說,是尋找中最古老的星系。這裡請跟隨筆者一個比較繞的邏輯鏈。宇宙裡最古老的星系也是離我們最遠的星系,這是因為光“只能”以光速傳播。比如說,太陽離我們有大概8“光分”,即光需要8分鐘才能從太陽抵達地球。但是換一個說法,我們現在看到的太陽並不是現在的太陽,而是8分鐘前的太陽(是的,如果太陽現在爆炸了,你還有8分鐘能活)。

以此類推,如果一個星系離我們130億光年,它們的光在宇宙中傳播了約130億年(這裡稍微不準確,應為精確的算法還需要涉及宇宙的膨脹)才抵達我們,也就是說我們現在接受到的關於這些星系的照片,是宇宙130億年前的情況。簡單扼要地說,只要找到越遠的星系,他們對應的也是最古老的星系。

可是如何找到這些遙遠的星系呢?這裡,宇宙的膨脹又幫上了一個大忙。由於宇宙一直在膨脹,因此當光運行的時候,它們也會不斷地被時空拉長——可見光會被“拉扯”成紅外線。而因為越遙遠的星系的光要運行得更久,一般的星系發射的光大部分都在可見光的波段,所以如果它們是遙遠的星系,它們現在就會呈現成一個主要在紅外波段發光的天體。

筆者繞了九轉十八彎,簡單扼要地說,只要我們能找到在韋伯(紅外線)能觀測到,而比如說哈勃(可見光)又看不見的星系,這些都有可能是最古老星系。

韋伯的意外發現

在韋伯還沒發射前,透過哈勃我們知道的最古老的星系約為宇宙大爆炸後4億年的星系,而且就只有一個。而韋伯發射後,天文圈的“考古隊”真是內卷得不可開交。就一兩週的時間,多個團隊陸續發表已搜索到“一打”比5億年還年輕的星系,而且刷新了之前的紀錄。現在最古老的星系約為3億年。筆者的一些同事都是沒日沒夜地卷。

這樣刷榜可能看起來沒什麼營養,但其實不然。這個發現可以說是天文界的一個震撼彈,筆者這裡震掉的就不止一個下巴了。

天文圈之前雖然知道韋伯必然能超越哈勃找到更古老的星系,但這個成群的發現其實是遠超乎預期的,主要因為宇宙這麼早期就出現“星系嬰兒潮”實際上違背天文其他的一些觀測,比如說所謂的宇宙再電離現象。簡單說,如果有大量的早期星系,他們的輻射應該會將宇宙早期的氣體(比諾蘭更高級的“Intergalactic” medium) 造成一定的影響,而這個和現在對於再電離的研究還是有點分歧的,因此韋伯前幾個月的觀測迫使了天文學家再次審視關於星系形成和演化的理論。

新教育(1月31日)第2版:韦伯要来到马来西亚啦!
2023年2月8日在馬來亞大學將有一場公開演講,歡迎民眾不管懂不懂天文都來共襄盛舉。
韋伯真的要來了

說到這裡,就要回到筆者的標題黨。不說你不知道,一說你嚇一跳。

筆者將在吉隆坡(2月6日到10日)組織第一次,由國際天文學聯合會(International Astronomical Union, IAU)冠名的天文會議(詳情瀏覽 jwstmalaysia.com)。這項會議將迎來許多天文界國際大腕,重點討論韋伯的發現和關於古老星系的形成,屆時將有八十多個演講和170個與會者。這項會議也是IAU第一次在馬來西亞的會議,上一次IAU在東南亞的會議還得追溯到30年前在印尼的會議了。

雖然這個會議的對象是天文界的科研工作者,不過為了讓民眾共襄盛舉,我們也特別邀請3位天文界大腕在2月8日(星期三)下午兩點半,在馬來亞大學公開演講,這場活動免費且完全對外公開,不管你是男女老少,懂不懂天文,愛不愛天文,都歡迎前來感受天文的美。有興趣的人請到jwstmalaysia.com點擊“Public Talk” 登記。

號外

筆者兩年前還常常在星洲日報《活力副刊》和大家聊天文,本以為休息一段時間後再執筆,可是這兩年一直都擱著,因為工作確實比較忙,要帶十多人的科研小組,還要寫企劃書找經費寫得頭頂冒煙,以及組織這個會議(其實還有一個同其他大馬天文學家組織的2023年全球大馬天文學家大會GMAC),搞得筆者這兩年都一直處在爆肝狀態,所以就沒更新專欄。

不過,如果這次在吉隆坡的天文會議能夠點燃大家對於大自然的興趣,那已足矣。

作者現任澳洲國立大學天文系與電腦科學系副教授,主要研究方向為人工智能在天文中的應用。他是吉隆坡中華獨中校友,2017年哈佛大學天文系博士畢業,後為NASA哈勃學者、普林斯頓大學及普利斯頓高等研究院博士後研究員。

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