詹姆斯·韦伯空间望远镜可以揭开恒星的秘密吗？

1. 詹姆斯·韦伯空间望远镜可以揭开恒星的秘密吗？

在绚烂如画的猎户星云中，一个恒星的摇篮孕育着数不胜数的新恒星，它将成为计划于2021年发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的研究对象。由恒星形成领域的韦伯跨学科科学家马克·麦考琳带领的一支研究团队将对星云内部的猎户四边形星团进行观测与考察。这个星团仅有4光年大，相当于太阳到半人马座阿尔法星的距离，却聚集了大约1000颗年轻恒星。
图解：猎户四边形星团的光学影像（左）和红外影像（右），由哈勃太空望远镜拍摄图源：NASA
同时担任欧洲航天局科学与探索高级顾问的马克·麦考琳解释道：“在那里有许多大约100万年的年轻恒星，一百万年听似不年轻，事实上，如果把我们所在的太阳系比做一个中年人，那么这个星团中的恒星就只是三四天大的小婴儿。因此，我们可以在年轻的恒星上看到各种各样正在发生的有趣事情，这是如今在年老的恒星中看不到的。而最初阶段的恒星及其行星系统如何发展，我们对其充满好奇，极力寻求答案。”
为什么选择猎户星云？麦考琳说，猎户星座是距太阳最近的大规模恒星形成区域，虽然许多地方，距离太阳更近，孕育着年轻且低质量的恒星，但没有一个地方像猎户星云一样既有大恒星又有非常小的恒星。


图解：猎户座大星云可见部分
麦考琳和他的研究团队将会研究猎户四边形星团中的三个有趣现象。首先，探究该星团中年轻恒星的质量分布。接下来，查究星团中的年轻恒星周围行星形成的最早阶段。最后，分析许多年轻恒星释放出的喷射流物质。这些观测是准予韦伯跨学科科学家麦考琳“保证时间观测”计划中的一部分。


图解：这是哈勃太空望远镜拍摄到的猎户星云中年轻恒星的四个原行星盘。这些圆盘的大小是我们太阳系直径的2到8倍。天文学家在1994年1月至1995年3月用哈勃望远镜拍摄的猎户星云的大型调查图像中发现了这些气盘。
致谢：马克·麦考琳（马克斯·普朗克天文研究所），查尔斯·罗伯特·奥德尔（莱斯大学），和美国国家航空航天局
对恒星和其它年轻天体进行分类
同时，他们还将研究质量与木星甚至土星相当的较小天体，这些天体不在恒星周围的轨道上，被称为“自由漂浮的行星质量天体”。而它们是否像其他行星一样，通过恒星形成时遗留下来的原行星盘中吸收的气体和尘埃形成，还是一个悬而未决的问题。
这样的天体起初是作为环绕恒星的行星形成，还是本身由恒星形成的相同气体和尘埃形成呢？麦考琳和他的团队正在试图回答这个问题。“我们想，能否通过探析这些极低质量天体所表现出来的特征，来帮助我们弄清它们是孤立形成的，还是实际上是环绕恒星周围轨道形成的行星，并在某种相互作用中被踢出轨道了。”
科学家将利用多色韦伯图像来寻找质量非常低的天体，分辨有多少不同质量类别的天体，例如：有多少与太阳质量相同？有多少是太阳质量的十分之一？有多少是太阳质量的百分之一？此外他们还会用韦伯望远镜来分析它们的大气层。通过这些信息，研究人员得以了解这些天体是如何形成的，以及随着年龄增长他们会如何演化。
研究剪影
这个托儿所里的一些新生恒星被由气体和尘埃组成的圆盘环绕着，在明亮的猎户星云映衬下，这些圆盘以剪影的方式呈现出来。天文学家认为，行星一开始应该是在这些圆盘中形成。研究团队将使用韦伯的高分辨率红外成像来测量这些圆盘的大小。通过与哈勃太空望远镜拍摄的可见光图像对比，研究团队能够了解到尘埃的成分，这将有助于他们了解行星形成的最早阶段。
考察喷射流
当年轻的恒星从周围的气体和尘埃中聚集物质时，大多还会以喷射流的方式从极地区域喷射出一部分物质，这个过程是恒星形成不可或缺的一部分。由于猎户星云是众多年轻恒星的家园，所以这里有许多大大小小的喷射流存在。研究团队将使用韦伯测量出这些喷射流的精密结构并确定它们的速度，同时评估它们对周围恒星形成云的累积反馈。


为什么选择韦伯太空望远镜？
当恒星还很年轻时，它们被其原构成物即气体和尘埃所包围。尘埃吸收可见波长光将恒星隐藏在不透明的屏障后面。但长波长光可以穿透这尘埃，因此天文学家即使无法在可见光中看到恒星，通常也可以通过红外线探测到它们。


同时，当天体还年轻处于形成阶段时，它们不会变得特别热，这意味着它们不会在可见波段发出明亮的光，而是在红外线中散发大部分光。利用地面望远镜进行的红外研究表明，猎户四边形星团中存在许多褐矮星，但质量低于三倍木星的年轻天体尚未发现，这有两个原因。


第一，地面与被研究天体之间的地球大气层在红外线中发出明亮的光。麦考琳解释说“从某种程度上，这有点像在白天进行可见波长的天文学观测，你可以依靠光看到相对明亮的东西，但你无法看到非常微弱的东西。而韦伯望远镜将会发射在地球发光的大气层上方，使这些研究得以进行。”
第二，与地面望远镜不同，韦伯望太空远镜自身温度非常低。麦考琳说：“人类自身温暖，会在红外线中发光，地面望远镜同样也会在红外线中发光。因此，这些质量为三倍木星的寒冷天体，几乎所有的光都会以相当长的波长发出，此时，望远镜本身会发出异常明亮的光。而在太空中，望远镜可以冷却到在这些波长下完全不发光的程度。这意味着突然之间你可以看到你从地面永远无法看到的新的、非常微弱且质量极低的年轻天体。
韦伯太空望远镜是一台强大的红外线太空望远镜，具备独一无二的功能，能够用来研究猎户星云等类似区域上的年轻恒星、褐矮星、自由漂浮的行星质量天体以及它们的原行星盘和喷射流。
詹姆斯·韦伯太空望远镜将于2021年发射，成为世界上首屈一指的空间科学天文台，帮助人类揭开太阳系的奥秘，放眼于其它恒星的遥远世界，探索宇宙的神秘结构和起源以及我们在宇宙中的位置。韦伯是由美国国家航空航天局及其合作伙伴欧洲航天局和加拿大航空航天局领头的一个国际项目。

2. NASA公布詹姆斯·韦伯太空望远镜所摄首颗恒星图片及“自拍照”

中新社旧金山2月11日电 当地时间11日，美国国家航空航天局(NASA)公布了詹姆斯·韦伯太空望远镜所摄第一颗恒星的图像以及一张望远镜“自拍照”。
  
 詹姆斯·韦伯太空望远镜的第一个观测目标是258光年外的大熊座一颗名为HD 84406的明亮恒星。NASA在其官网称，2月2日，詹姆斯·韦伯太空望远镜开使用近红外相机(NIRCam)校准望远镜的主镜，11日分享的恒星图像是在25小时内收集完成的。
  
 美国有线电视新闻网报道称，来自目标恒星的光线经由子镜进入近红外相机后，望远镜创建了一幅由18个光点拼凑而成的图像，这是望远镜的子镜还未对齐的结果。这类图像可以帮助詹姆斯·韦伯太空望远镜团队在接下来的一个月里将子镜对齐，从而使这18个点汇聚成一颗恒星的图像。今夏，望远镜将向世界分享第一批用于科研的高质量图像。
  
 目前，在捕获这些初始工程图像时，近红外相机的运行温度远高于其理想温度。因此，现在的图像中存在视觉伪影。随着望远镜降至其理想的工作温度，这些伪影将明显减轻。
  
 当日，NASA还公布了一张望远镜的“自拍照”。这张照片是由近红外相机内部的一个特殊镜头拍摄，该镜头可以拍摄望远镜的主镜，主要用于校准等操作，没有观测功能。
  
 由美国国家航空航天局与欧洲航天局、加拿大航天局联合研发的詹姆斯·韦伯太空望远镜是已建成的性能最强、造价最高的太空望远镜，被认为是哈勃望远镜的“继任者”。其耗资约100亿美元，重7吨，主镜直径6.5米，由18片巨大六边形子镜构成，采集光线面积达到哈勃望远镜的5倍以上。
  
 2021年12月25日，詹姆斯·韦伯太空望远镜搭乘欧洲的阿丽亚娜5号火箭发射升空。美联社11日报道称，NASA当日说，一个半月以来，望远镜上的18面子镜看上去都运行良好。(完)

3. 詹姆斯·韦伯太空望远镜的介绍

4. 詹姆斯·韦伯宇宙望远镜开始进行“下一个恒星间天体”的观测

NASA于2月16日宣布，NASA的下一代詹姆斯·韦伯宇宙望远镜将进行下一个恒星间天体的观测。
  
 詹姆斯・韦伯宇宙望远镜是用来取代哈勃宇宙望远镜的，拥有直径6.5m的主镜，对暗光的高度敏感度和有优秀的空间分辨率，观测红外线。哈勃太空望远镜的主镜直径是2.4m。
  
 詹姆斯·韦伯宇宙望远镜到达了围绕作为观测地点的“太阳和地球的拉格朗日点之一‘L2’的轨道（Hello轨道）”，正在积极调整。
  
 
  
     
 到目前为止，只有2个恒星间天体被发现。他们是2017年发现的欧姆阿姆亚和2018年发现的玻利索彗星。
  
 天文学家们总是在寻找下一个星际天体。但即使找到，也要通过望远镜观测轨道等，据说需要几天到几个月的时间。
  
 确认为恒星间天体后，就会轮到詹姆斯·韦伯宇宙望远镜出场了。当恒星间天体的轨道进入詹姆斯·韦伯宇宙望远镜的视野时，它就会用近红外线和中红外线这两个红外线的波长进行观测。
  
 近红外线用于观测天体受太阳照射蒸发而产生的气体的化学组成。同时，中红外线的光谱观测，调查表面被吹起来的尘埃和砂，砾等的化学的组成。顺便说一下，近红外线的光谱观测是NIRSpec（Near-Infrred Spectrograph），中红外线的光谱观测是被称为MIRI（Mid-Infrared Instrumment）的观测装置。
  
 率领调查小组的马丁·科尔巴特先生说：“（根据以优异性能著称的詹姆斯·韦伯宇宙望远镜的观测）我们调查了恒星间天体的化学组成，可以得到关于恒星间天体是从哪里来的、它是如何产生的等等”。

5. 詹姆斯·韦伯太空望远镜，说不定能观测到下一个恒星间的天体

   
      现在，詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)正在为首次观测做准备，研究人员似乎也期待着观测通过太阳系的天体的机会。
   开发成本为100亿美元的 JWST 是一架用于红外线观测的太空望远镜，它将研究宇宙 历史 的所有阶段。通过观测星系的进化、恒星的摇篮和系外行星，我们可以追溯到距离宇宙诞生很近的135亿年前。此外，还会观测突然出现在附近的来自远方的天体。
      韦伯太空望远镜的主镜直径为6.5m，由18个六边形部分组成。在各个区段反射的光被集中在长支柱前端的一个副镜，从那里被传送到NIRCam等观测仪器。
    北亚利桑那大学 的行星科学家 斯蒂娜·托马斯（Cristina Thomas） 在NASA的发表中说:“如果是在 韦伯太空望远镜 的话，可以进行具有极低等级和亮度的令人感兴趣的科学。”，“到目前为止，我们还无法用这一区域的红外线观测到恒星间的天体。(红外线观测)对于我们感兴趣的各种组成特征，将创造出很多机会。”
      到目前为止，人类已经观测到了2017年的 奥陌陌（Oumuamua） 和2019年的 鲍里索夫 这两个星际天体。据推测， 鲍里索夫 的彗核距离地球3200英尺(约1千米)，以时速11万英里(约17万千米)的速度飞走。同时围绕着“ 奥陌陌 ”的分类，因其像雪茄一样的形状而引起了争论。甚至有人提出这是外星人的宇宙飞船。
   作为结论，最有可能的是去年刊登在 《地球物理研究杂志》 上的一篇论文，该论文认为这是近5亿年前从遥远的恒星系统中弹出的系外行星的一部分。
   但是， 鲍里索夫 和 奥陌陌 出现后又离开了，因此NASA的研究人员对 JWST 将如何观测未来的太阳系来访者充满了期待。
      NASA 戈达德太空飞行中心 的天体物理学家 Martin Cordiner 在发布会上说：“韦伯最优秀的精度和力量给了我们一个前所未有的机会来研究这些星际物体的化学成分，并更多地了解它们的性质。星际物体从何而来？它是如何诞生的，还有每个天体故乡的星系的状况等等”。
   如果又有其他的星际天体出现，研究人员就可以使用 JWST 的光谱学仪器来研究气体和尘埃的化学组成。如果知道了天体的化学组成，就有可能知道关于它的故乡星系的一些信息。
      但是，这样的观测必须有星际天体的存在。 JWST 还需要花几个月做正式观测前的准备，所以，在准备期间最好是不要出现这样的星际天体。本月进行着镜子的位置对准，因为要想让主镜发挥“一面镜子”的作用，就必须精确地对准各部分的位置。现在主镜段的位置还没有对准，就像上面的图像一样，1颗星星的影像分成了18个。并且，该望远镜不久前才检测到了光。NASA的计划是今年6月开始实行正式观测。

6. 詹姆斯·韦伯太空望远镜

7. 詹姆斯·韦伯的詹姆斯韦伯太空望远镜

  詹姆斯·韦伯空间望远镜（James Webb Space Telescope，缩写JWST）是计划中的红外线太空望远镜。作为将于2010年结束观测活动的哈勃太空望远镜的后续机，原计划于2011年发射升空。但因项目超支等原因，故发射改期为2018年。系欧洲空间局（ESA）和美国宇航局（NASA）的共用计划，放置于太阳─地球的第二拉格朗日点。不像哈勃空间望远镜那样是围绕地球上空旋转，而是飘荡在从地球背向太阳的后面150万千米的空间。此项目曾经称为“新一代太空望远镜”（Next Generation Space Telescope），2002年以美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯的名字命名。1961年至1968年詹姆斯·韦伯担任局长期间曾领导阿波罗计划等一系列美国重要的空间探测项目。望远镜的地面控制和协调机构是位于约翰霍普金斯大学的空间望远镜研究所（STScI）。詹姆斯韦伯太空望远镜的主要的任务是调查作为大爆炸理论的残余红外线证据（宇宙微波背景辐射），即观测今天可见宇宙的初期状态。为达成此目的，它配备了高敏度红外线传感器、光谱器等。 为便于观测，机体要能承受极限低温，也要避开太阳和地球的光等等。为此，詹姆斯韦伯太空望远镜附带了可折叠的遮光板，以屏蔽会成为干扰的光源。因其处于拉格朗日点，地球和太阳在望远镜的视界总处于一样的相对位置，不用频繁的修正位置也能让遮光板确实的发挥功效。哈勃太空望远镜位于从地表大约600千米的较低的轨道位置上。因此，即使光学仪器发生故障也有可以用航天飞机来修理。詹姆斯韦伯太空望远镜位于离地球150万千米的距离，即使出了故障也不可能频繁派遣修理人员。与此相反，它位于第二拉格朗日点上，重力相对稳定，故相对于邻近天体来说可以保持不变的位置，不用频繁地进行位置修正，可以更稳定的进行观测，而且还不会受到地球附近灰尘的影响。计划中的詹姆斯韦伯太空望远镜的质量为6.2吨，约为哈勃空间望远镜（11吨）的一半。主反射镜由铍制成，口径达到6.5米，面积为哈勃太空望远镜的5倍以上，可以期待它将有远超哈勃空间望远镜非常高的观测性能。与此同时，相反的光学镜头的重量已经被轻量化了。现在这面主镜的直径的比发射它用的火箭更大。主镜被分割成18块六角形的镜片，发射后这些镜片会在高精度的微型马达和波面传感器的控制下展开。但是，此法不会跟克谷望远镜一样，不必像地面望远镜那样必须根据重力负荷和风力的影响而要按主动光学来时常持续调整镜段，故詹姆斯韦伯太空望远镜除了初期配置之外将不会有太多改变。主镜的镜面作为全体也形成六角形，聚光部和镜面都露在外面，容易让人联想到射电望远镜的天线。另外，它的主体也不呈筒状，而是在主镜下展开座席状的遮光板。

8. 詹姆斯·韦伯太空望远镜的整体参数

所属机构 :NASA、ESA、CSA波段: 红外线轨道高度: 150万千米（第二拉格朗日点）轨道周期: 1年预定发射时间: 2011年8月落下时期: 2016年 - 2021年质量: 6,200千克别名: 新一代太空望远镜（Next Generation Space Telescope，NGST）光学系统形式: 屈光式、牛顿式口径: 6.5米聚光面积: 约25米观测装置NIRCam 近红外照相机NIRSpec 近红外摄谱仪MIR 中红外装置FGS 精细导星传感器