詹姆斯．韋伯太空望遠鏡


圖片來源：NASA, ESA, CSA, Northrop Grumman

在浩瀚無垠的太空中，一件革命性的工具已經悄然準備好推動我們對宇宙的探索 — 詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）。作為哈勃太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）的繼任者，韋伯望遠鏡於2021年12月升空，旨在揭示星系、恆星和行星形成的秘密 [1]。由於從極遠距離物體發出的光需要極長的時間才能到達我們所在的位置，因此我們今天觀察到的實際上是過去的景象，這為我們提供了一個窺探早期宇宙的機會。觀察早期星系形成的環境有助科學家追溯我們星系，以及它所包含行星和恆星的起源。

韋伯望遠鏡以前美國太空總署（NASA）署長命名 [2]，它代表了人類在使用太空望遠鏡方面的重大發展，亦有史以來發射到太空最大和設計最複雜的觀測儀器。望遠鏡的主要組件是主鏡，用於捕捉紅色可見光和紅外線，這有利於觀察高度紅移的遠距離物體（註）[3, 4]。主鏡會將光線反射到較小的副鏡上，然後再反射到儀器進行分析。

一塊大面積的主鏡可以透過從遠距離物體收集更多光信號以提供更細緻的影像。韋伯望遠鏡的主鏡面積比哈勃望遠鏡大6.25倍 [4]，但隨之而來的技術難題是怎樣把如此巨大的鏡子送上太空。為了克服這個障礙，技術人員活用創意，將望遠鏡像摺紙一樣，設計為一個可折疊的結構，當中鏡子只會在望遠鏡脫離運載火箭後展開。

韋伯望遠鏡亦是工程技術上一項非凡傑作，皆因它擁有非常精密的對焦能力。主鏡由18塊以鈹元素製成的六邊形鏡片組成 [3]，每塊鏡片背後都有稱為致動器的微小的機械馬達，可以獨立微調鏡片位置。地面團隊可以透過對鏡片進行微細至頭髮寬度10,000分一的精細調整，來對焦並產生清晰影像 [5]。

由於韋伯望遠鏡在設計上是用於偵測遙遠物體發出的紅外線信號，因此它需要維持極低的運作溫度，才能避免自身的熱干擾外來微弱的熱信號。為了使望遠鏡能隔絕來自太陽、地球和月球等外來的熱和光，科學家設計了一個網球場大小的五層遮光罩，使熱力被動地從遮光罩各層之間反射離開，使望遠鏡能在低於零下220°C下運作 [6]。

自2021年發射以來，韋伯望遠鏡不僅為我們帶來一系列的發現和令人驚嘆的影像，還為哈勃望遠鏡之前拍攝的影像提供了更深入的資訊。其中一個例子是拍攝在鷹星雲內的「創生之柱」（Pillars of Creation）（圖一），儘管哈勃望遠鏡已經捕捉到了當中的棕色雲，但韋伯望遠鏡利用其紅外線成像技術，捕捉到當中正在形成的新恆星 [7]。

圖一 ：由哈勃望遠鏡（左）及詹姆斯．韋伯太空望遠鏡（右）所拍攝的「創生之柱」[7]。
相片來源：NASA, ESA, CSA, STScI; Joseph DePasquale (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

此外，韋伯望遠鏡不僅能拍攝科學家已知最遙遠的星系 [8]，還收集了一些數據解釋星系之間發生的碰撞（圖二）[9]，以及讓我們了解太陽系內外行星的大氣層 [10-12]。

圖二：NGC 3526 — 圖中的螺旋星系為大約五億年前兩個質量相近星系碰撞後的殘骸 [13]。
相片來源：ESA/Webb, NASA & CSA, L. Armus, A. Evans

詹姆斯．韋伯太空望遠鏡標誌著人類探索宇宙的一大進程，其創新設計和尖端技術使其成為一件理想的工具去加深我們對宇宙的認識。就讓我們繼續關注韋伯太空望遠鏡的最新動向，緊貼現今科技的最前線！

（註）

宇宙紅移：宇宙學家Georges Lemaître和Edwin Hubble在上世紀20年代發現宇宙正在膨脹，意味著宇宙中每樣物體正相距越來越遠，所以遠距離物體發出的光在到達我們之前必須行進一段不斷延長的距離 [14]，光波會因此被拉長，移向光譜中近紅外線的一端，讓星體看起來「更紅」。


韋伯相簿：一系列令人驚嘆的相片！

「宇宙懸崖」（The Cosmic Cliffs） 圖中展示位於船底座星雲中一個名為NGC 3324的星團內部，一個正在孕育恆星的空腔的邊緣。空腔中間由年輕恆星散發的紫外輻射和強風掏空了該區域，形成了圖中的「宇宙懸崖」 [15, 16]。
相片來源：NASA, ESA, CSA, STScI

環狀星雲 垂死的恆星噴出同心圓狀的外層，在使其離子化和加熱後，這些噴出的氣體形成色彩繽紛呈環狀的行星狀星雲。圖中明亮的環主要由氫氣組成 [17, 18]。
相片來源：ESA/Webb, NASA, CSA, M. Barlow (University College London), N. Cox (ACRI-ST), R. Wesson (Cardiff University)



天王星及其衛星 大圖顯示天王星及其27顆衛星中的14顆，還有一些遙遠的背景星系。特寫細緻展示了天王星和它的環，周圍還有九顆衛星 [19, 20]。
相片來源：NASA, ESA, CSA, STScI

參考資料：


  1. Kalirai, J. (2018). Scientific discovery with the James Webb Space Telescope. Contemporary Physics, 59(3), 251-290. https://doi.org/10.1080/00107514.2018.1467648
    https://www.tandfonline.com/action/showCitFormats?doi=10.1080/00107514.2018.1467648
  2. Witze, A. (2022, November 21). NASA really, really won't rename Webb telescope despite community pushback. Nature. https://www.nature.com/articles/d41586-022-03787-1
  3. NASA. (n.d.). Webb's Mirror. James Webb Space Telescope. https://webb.nasa.gov/content/observatory/ote/mirrors/index.html
  4. NASA. (n.d.). Webb vs Hubble Telescope. James Webb Space Telescope. https://webb.nasa.gov/content/about/comparisonWebbVsHubble.html
  5. Fisher, A. (2022, January 13). Mirror, Mirror…On Its Way! NASA Blogs. https://blogs.nasa.gov/webb/2022/01/13/mirror-mirroron-its-way/
  6. NASA. (n.d.). The Sunshield Webb. James Webb Space Telescope. https://webb.nasa.gov/content/observatory/sunshield.html
  7. NASA Webb Telescope Team. (2022, October 19). NASA's Webb Takes Star-Filled Portrait of Pillars of Creation. NASA. https://www.nasa.gov/universe/nasas-webb-takes-star-filled-portrait-of-pillars-of-creation/
  8. Cooper, K. (2023, November 14). James Webb Space Telescope finds 2 of the most distant galaxies ever seen. Space.com. https://www.space.com/james-webb-space-telescope-distant-galaxies
  9. Lea, R. (2023, July 5). James Webb Space Telescope spots the wreckage of a cosmic clash of the Titans (image). Space.com. https://www.space.com/webb-telescope-galactic-collision-image
  10. Sanders, R. (2023, July 27). James Webb Space Telescope sees Jupiter moons in a new light. Berkeley News. https://news.berkeley.edu/2023/07/27/james-webb-space-telescope-sees-jupiter-moons-in-a-new-light
  11. Cable News Network. (2023, December 20). Uranus' mysterious features on display in new Webb image. CBS News. https://www.cbsnews.com/baltimore/news/uranus-mysterious-features-on-display-in-new-webb-image/
  12. NASA. (n.d.). Other Worlds. James Webb Space Telescope. https://webb.nasa.gov/content/science/origins.html
  13. European Space Agency. (2023, July 3). Clash of the Titans. ESA/Webb. https://esawebb.org/images/potm2306a/
  14. Schilling, G. (2023, February 8). Why galaxies look redder the further away they are. BBC Sky at Night Magazine. https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/galaxies-redshift
  15. NASA Webb Telescope Team. (2022, July 12). NASA's Webb Reveals Cosmic Cliffs, Glittering Landscape of Star Birth. NASA. https://www.nasa.gov/image-article/nasas-webb-reveals-cosmic-cliffs-glittering-landscape-of-star-birth/
  16. Space Telescope Science Institute. (2022, July 12). "Cosmic Cliffs" in the Carina Nebula (NIRCam Image). Webb Space Telescope. https://webbtelescope.org/contents/media/images/2022/031/01G77PKB8NKR7S8Z6HBXMYATGJ
  17. Cesari, T. (2023, August 21). Webb Reveals Intricate Details in the Remains of a Dying Star. NASA Blogs. https://blogs.nasa.gov/webb/2023/08/21/webb-reveals-intricate-details-in-the-remains-of-a-dying-star/
  18. Space Telescope Science Institute. (2023, August 21). Ring Nebula (NIRCam Image). Webb Space Telescope. https://webbtelescope.org/contents/media/images/01H82G0PP38P6PBXQ11BEVSMY0
  19. Space Telescope Science Institute. (2023, December 18). Webb Space Telescope. https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/150/01HHFPR4A292D6X984CZ5QWD7J?page=3&filterUUID=91dfa083-c258-4f9f-bef1-8f40c26f4c97
  20. Space Telescope Science Institute. (2023, December 18). Uranus Close-up (NIRCam image). Webb Space Telescope. https://webbtelescope.org/contents/media/images/2023/150/01HHFNNWQTA69J6K680PVZN4A1?news=true

作者：
Roshni Printer

2024年12月