詹姆斯·韦伯太空望远镜的首张全彩照片滴来了

我是斜杠青年，一个热爱前沿科学的“杂食性”学者！

这两天最大的科学新闻，是詹姆斯韦伯放的大招。

詹姆斯·韦伯向我们展示了什么？彩色图像是如何制作的？

世界上最强大的太空望远镜正在发布其第一张全彩色宇宙照片。

在到达环绕太阳轨道的最终目的地（距离地球100多万公里）六个月后，詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正在发送其首张全彩图像。

今年4月，JWST的仪器进行了对齐。5月，收到了第一批校准图像，显示了詹姆斯·韦伯将帮助人类在未来20年中看到宇宙的前所未有的质量。

唯一值得熬夜的照片转储——10-20张全彩照片。它于美国东部标准时间7月13日星期三上午12:30到达。

这些图像包括迄今为止对早期宇宙最远的观察、系外行星大气层和由2000种不同红外线颜色拍摄的照片。

随着图像揭示宇宙的秘密

少数偷看这些图像的科学家说，他们快要哭了。美国宇航局科学任务副管理员Thomas Zurbuchen表示：“当你看到大自然突然释放一些秘密时，这是一个激动人心的时刻”。“这不是一张图像。这是新的世界观。

美国空间望远镜科学研究所（STScI）的韦伯项目科学家、天文学家克劳斯·蓬托皮丹表示：“他们对韦伯第一批图像和数据的目标既是展示望远镜的强大仪器，又预览即将到来的科学任务”。他们肯定会为天文学家和公众带来期待已久的惊喜。

STScI的科学视觉开发人员Alyssa Pagan表示：“他很荣幸能参与其中”。“通常，从原始望远镜数据到传达宇宙科学信息的最终清洁图像的过程可能需要几周到一个月的时间”。

美国宇航局副局长帕姆·梅尔罗伊表示：“作为一名科学家、工程师和人类，我所看到的让我感动”。

这张星系团SMACS 0723的图像被称为韦伯的第一深场，覆盖了一块大约相当于地面上有人抱着的一粒沙子大小的天空。它揭示了广阔宇宙的一小片中数千个星系。韦伯锐利的近红外线视图在极远的星系中呈现出微弱的结构，提供了迄今为止早期宇宙最详细的视图。

韦伯的眼睛看着天空

詹姆斯韦伯配备了四台强大的光学仪器。这四个工具从特定范围内的电磁辐射（光）波长和特定成像类型收集宇宙的数据。

中红外仪器（MIRI）为波长为4.9至28.8微米的辐射提供成像和光谱观测。

近红外相机（NIRCam）专注于0.6至5.0微米的光波长。它还用于JWST镜面对齐。

近红外成像仪和无切片光谱仪（NIRISS）的波长在0.6至5.0微米之间进行观测。

近红外光谱仪（NIRSpec）提供0.6-5.3微米的光谱。

红外光谱出现在可见光谱（380至700纳米）旁边，本质上是热量。

红外辐射检测很重要，原因有几个。

宇宙的大部分隐藏在我们自己的银河系中气体和其他粒子的面纱后面。散布在星系之间的是所谓的星系际介质。这些东西掩盖了它们后面的宏伟结构，遮蔽了来自整个宇宙区域的可见光。

然而，红外线穿透了这个裹尸布，露出后面的恒星和星云等送热结构。

这种并排比较显示了美国宇航局韦伯望远镜在左侧近红外线和右侧中红外线对南环星云的观测。这个场景是由一颗白矮星在脱落外层并通过核聚变停止燃烧燃料后创造的。在NIRCam图像中，白矮星出现在明亮的中央恒星的左下角。MIRI图像中出现了同一颗恒星，但更亮、更大、更红。

这些遥远物体的光已经需要大量的时间才能到达我们在地球上和周围的天文台——数十亿年。随着宇宙的扩张，星系和恒星的扩张甚至更远。

由于宇宙的膨胀，来自遥远星系等源头的电磁波延伸并变长。

被称为多普勒位移，这与你听到的声波产生效果相同，例如，由一辆救护车超速经过你。随着救护车向更远移动，随着声波的进一步移动，其警报器的音调会降低。它们的波长增加，导致音高下降。

光线也是如此，除了我们没有看到“红色”的音高下降。来自遥远物体的可见光“变红”，到到达地球时，电磁辐射不再可见，但可以检测到光谱的一部分红外（红色以下）部分。

全彩图像是如何生成的？

但是，鉴于JWST收集的数据不是我们知道的可见色谱，为什么发布的图像是全彩色的？我们看不到红外线颜色。

附近一个名为NGC 3324的年轻恒星形成区域的边缘，位于船底座星云的船底座星云中，该星云以前被遮蔽了。“宇宙悬崖”的图像展示了韦伯相机通过宇宙尘埃窥视的能力，为恒星的形成提供了新的线索。

颜色不是随机应用的。为了科学目的，某些颜色可能会被高亮显示，以提请注意特定特征，但将红外观测转化为全彩色图像的过程来自多普勒效应。

就像将音乐转换为不同的键或将鲸鱼歌转移到人类听觉的听觉范围内听鲸目动物音乐一样，电磁辐射可以向上移动。

天文学家知道宇宙膨胀的速度，加上地球与光源之间的距离，可以“不移位”来自物体的红移光。因此，我们得到了物体外观的光学图像（或数十亿年前光离开物体表面时的样子）。

我们在看什么？

在概述了上述过程后，更不用说JWST正在观察已经行驶了数十亿光年的光，你会意识到，制作第一批詹姆斯·韦伯图像比智能手机相机的点击更复杂。

“当你把数据拿下来时，它们看起来一点也不像美丽的彩色图像。“只有当你作为专家知道要寻找什么时，你才能欣赏它们”。

拥有有史以来最强大的望远镜的部分乐趣是，我们甚至不确定会透露什么。

但第一批图像肯定会包含一些东西。这包括拍摄的最远的图像。

詹姆斯·韦伯太空望远镜指向我们提供第一批全彩照片的物体包括：

船长星云：天空中最大、最亮的星云之一。它距离南卡里娜座约7600光年。星云是许多比太阳大几倍的恒星的家园。

WASP-96 b：这不是一张照片，而是太阳系外一颗巨型气体行星的色谱。这颗行星距离地球近1150光年，每3.4天绕恒星运行一次。它的质量约为木星的一半，并于2014年宣布发现。

南环状星云：南环，或“八爆”星云，是一个行星状星云——围绕一颗垂死恒星的膨胀气体云。它的直径近半光年，距离大约2000光年。

斯蒂芬五重奏：距离帕伽索斯星座约2.9亿光年。五重奏中的五个星系中有四个被锁定在反复近距离接触的宇宙舞蹈中。

SMACS 0723：巨大的前景星系团放大并扭曲了它们后面物体的光线，使深野视野到极远和微弱的星系。

JWST以新的眼光揭示了Stephan的五重奏。这幅巨大的马赛克是韦伯迄今为止最大的图像，约占月球直径的五分之一。它包含超过1.5亿像素，由近1000个独立的图像文件构建。来自Webb的信息为银河系相互作用如何推动早期宇宙中的星系演化提供了新的见解。

Webb无非是真正的科学壮举。7月12日的其中一张图像是我们宇宙有史以来最深的图像。

因为光需要数十亿年才能从遥远的物体传播到我们身边，所以我们本质上是在展望过去。

大约20年前，哈勃太空望远镜的超深场调查捕获了最古老的可见星系，可以追溯到大爆炸发生后约8亿年，大爆炸估计发生在138亿年前。所以，我们说的是老话。

美国宇航局还介绍了JWST对太阳系外一颗行星大气层的首次研究，该行星被称为WASP-96 b。

今年6月27日，美国宇航局宣布NIRISS完成了准备工作，并将显示2000多种红外线颜色。该模式将专门用于检查系外行星的大气层。

当行星围绕恒星运行时，它们吸收了一些恒星的光。特定波长的吸收与太阳系外行星大气中特定分子的存在有关。因此，当一颗行星从恒星前面经过时，天文学家可以使用NIRISS工具来确定这些外星空气的化学成分——并可能找到我们可以呼吸和/或找到外星生命的空气。

NIRISS仪器的单物体无狭缝光谱能力是一个专门的棱镜组件，可以分散光线，创造三个独特的红外光谱，在一次观察中揭示2000种色调。

NIRISS首席研究员René Doyon以及蒙特利尔大学Webb的精细指导传感器说的人员表示：“想到，他们终于结束了加拿大为这项任务贡献的长达二十年的旅程”。所有四种NIRISS模式不仅都已准备就绪，而且整个仪器的性能也比他们预测的要好得多。

美国宇航局的詹姆斯·韦伯太空望远镜在一颗围绕一颗遥远的类太阳恒星运行的炽热气态气体巨行星周围的大气中捕捉到了水的独特特征，以及云和雾霾的证据。该观测揭示了基于精确光颜色亮度微小下降的特定气体分子的存在，是迄今为止同类中最详细的，这表明Webb分析数百光年外大气层的空前能力。

“它将探索太阳系中的物体和围绕其他恒星运行的系外行星，为我们提供线索，说明它们的大气层是否可能与我们自己的大气层相似，并可能回答我们的一些问题。我们从哪里来？外面还有什么？我们是谁？当然，它也将回答一些我们尚未想过要问的问题”。

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