
2025年3月27日,歐洲空間局的科學家們屏息凝視著詹姆斯·韋伯太空望遠鏡傳回的最新影像。
畫面中,數(shù)條幽靈般的藍色星流如宇宙觸手般扭曲纏繞,包裹著一個巨大的橢圓星系。這并非星系間的吞噬現(xiàn)場,而是一種更為玄妙的天文現(xiàn)象——愛因斯坦預言的引力透鏡效應正在我們眼前展開。
在宇宙的深邃舞臺上,一場光的幻術正悄然上演。當來自遙遠星系的光線經過大質量天體附近時,時空結構被質量彎曲,光路隨之偏折。
如同通過透鏡觀察物體,背景星系的影像被扭曲、放大甚至復制,形成多重幻影或完整光環(huán)——這便是天文學家所說的“引力透鏡”。
根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論,時空本身會被質量扭曲。日常生活中這種效應微乎其微,但在星系尺度上卻顯露崢嶸。
當背景光源、前景透鏡天體與觀測者精確排成一線時,原本隱藏在宇宙深處的星系會突然以“愛因斯坦指環(huán)”或“愛因斯坦十字”的形態(tài)現(xiàn)身。
在韋伯最新捕捉的畫面中,前景星系團SMACSJ0028.2-7537猶如一枚宇宙透鏡,將后方一個旋渦星系的影像拉伸扭曲成包圍著淡黃色光暈的藍色環(huán)帶,形成近乎完美的“愛因斯坦指環(huán)”。
韋伯望遠鏡關鍵技術突破
參數(shù) 技術特征 科學意義
主鏡直徑 6.5米(18塊鈹鏡拼接) 集光面積達25.4㎡,分辨率比哈勃提升7倍
工作波段 0.6-28.3微米(紅外為主) 探測宇宙膨脹導致的遙遠天體紅移
遮光罩 五層結構,單層厚0.025-0.05毫米 隔絕太陽熱量,維持-220°C工作環(huán)境
軌道位置 日地拉格朗日L2點(150萬公里) 遠離地球熱輻射干擾,穩(wěn)定觀測
這枚黃金巨鏡的誕生本身就是一場科學長征。2021年圣誕節(jié),在歷經14年延期和預算飆升至100億美元后,韋伯望遠鏡終于搭乘阿麗亞娜5號火箭升空。
它的旅途充滿艱險:飛行一個月抵達距地球150萬公里的日地L2點,期間需要自主展開網球場大小的五層遮光罩,并將18塊六邊形鈹鏡拼接成直徑6.5米的主鏡——整個過程包含300多個單點故障風險環(huán)節(jié)。
韋伯望遠鏡選擇了紅外波段的“宇宙之眼”。由于宇宙膨脹導致的紅移效應,早期星系發(fā)出的可見光在抵達地球時已被拉伸為紅外線。
同時,紅外線能穿透星際塵埃,揭示恒星育嬰室的內部景象。為此,韋伯配備了精密制冷系統(tǒng),將儀器冷卻至-220°C以下,確保自身熱輻射不會淹沒來自宇宙深處的微弱信號。
在SMACSJ0028.2-7537星系團的觀測中,韋伯的紅外視力發(fā)揮了決定性作用。
盡管背景旋渦星系距離我們如此遙遠,其光線在宇宙中穿行了數(shù)十億年,但通過引力透鏡的放大效應,星系內部的星團和塵埃帶依然清晰可辨——這是地面望遠鏡甚至哈勃都難以企及的細節(jié)分辨率。
韋伯望遠鏡的科學貢獻早已超越單一影像。就在上周,《自然》雜志發(fā)表了韋伯對年輕雙行星系統(tǒng)YSES-1的突破性觀測:其中一顆氣態(tài)巨行星被硅酸鹽塵埃云包裹,另一顆周圍環(huán)繞著形成中的星盤,這是人類首次直接捕捉到行星誕生初期的化學構成。
研究團隊甚至探測到云層中可能存在的鐵元素,這些鐵元素可能以“鐵雨”形式落向行星表面。
在更廣闊的宇宙學領域,韋伯正實現(xiàn)著它的核心使命:回望宇宙的“嬰兒期”。它的深場觀測能力讓科學家得以研究宇宙大爆炸后僅2億年時形成的第一批星系,追溯星系演化史。
韋伯的觀測數(shù)據(jù)正在改寫教科書——它發(fā)現(xiàn)的早期星系數(shù)量遠超理論預測,暗示宇宙早期的恒星形成可能比想象中更為劇烈。
對系外行星大氣的成分分析則發(fā)現(xiàn)了水蒸氣、二氧化碳甚至二甲基硫醚等生命相關分子。
愛因斯坦在1915年提出廣義相對論時,可能未曾預見人類真能觀測到他所預言的時空彎曲景觀。
如今,當韋伯望遠鏡將“愛因斯坦指環(huán)”清晰地呈現(xiàn)在我們面前,這不僅是驗證了一個百年理論,更開啟了宇宙探索的新范式。
引力透鏡效應讓天文學家能夠利用星系團作為天然望遠鏡,窺視原本無法企及的宇宙深處。
韋伯的高靈敏度更使這種“天然望遠鏡”的放大倍率發(fā)揮到極致,相當于為人類增添了跨越百億光年的視覺延伸。
正如歐洲航天局負責人約瑟夫·阿施巴赫所言:“我們真的改變了對宇宙的理解”。
當韋伯的鏡頭凝視著扭曲的星光,人類文明也同時凝視著自身的起源。那環(huán)繞星系的光環(huán)不僅是時空折疊的印記,更是一把鑰匙。
它開啟的不僅是星團與塵埃的秘密,更是138億年來物質如何聚合成星、行星如何孕育環(huán)境、最終生命如何誕生的宇宙史詩。隨著韋伯繼續(xù)在日地L2點運行,每一次快門按下,都可能帶來重新定義人類宇宙觀的新發(fā)現(xiàn)。





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