詹姆斯·韦伯望远镜发现第一颗系外行星！为何能看得这么远？

詹姆斯·韦伯太空望远镜捕捉到了一颗可能是利用这台先进天文台发现的第一颗系外行星。一个国际天文学家团队在TWA 7周围的碎片区发现了这颗行星候选体。TWA 7是一颗位于兔耳座的低质量恒星，距离地球约111光年。

该望远镜可以比以往任何望远镜看得更远，自 2022 年投入使用以来，它为寻找太阳系外行星提供了强大的动力。

韦伯望远镜MIRI仪器上的一个附件—日冕仪—遮蔽了恒星，产生了类似日食的效果。望远镜的红外视觉系统可以透过它，发现这颗行星。

天文学家将韦伯望远镜瞄准的是恒星 TWA 7，它距离地球约一百光年——在宇宙中相对较近。

这颗恒星于 1999 年首次被哈勃太空望远镜发现，由于两个原因，它被认为是一个有希望的目标。

它只有 640 万年的历史——与太阳的 45 亿年相比，它还只是个婴儿——并且仍然被巨大的气体和尘埃盘所包围，据信行星就是在这里形成的。

天文学家排除了光来自太阳系边缘的物体或恒星后面的遥远星系的可能性。

研究表明，这只能意味着光源是一颗相对较小且寒冷的行星，其质量至少比迄今为止直接成像的任何其他系外行星轻 10 倍。

研究人员估计，这颗行星的质量与土星相似，土星是一颗气态巨行星，重量仅为太阳系最大行星木星的三分之一。

韦伯通过直接图像探测系外行星的能力提高了 10 倍。这很重要，因为类似于地球或火星的较小的岩石行星是寻找太阳系外宜居世界的最终目标。

上图是使用欧洲南方天文台（ESO）甚大望远镜（VLT）和韦伯望远镜（Webb）MIRI数据合成的。主恒星TWA 7用一个圆圈和一个星号标记。它周围的蓝色代表VLT球体仪器的数据，显示了恒星周围的碎片场，而韦伯望远镜（Webb）MIRI的数据则以橙色显示。右上角的橙色斑点是新的行星候选体；左下角的另一个橙色斑点很可能是一颗无关的背景恒星。

虽然目前还处于早期阶段，但该团队的初步分析表明，我们可能正在观测一颗质量约为木星0.3倍、温度约为120华氏度（47摄氏度）的行星——完全处于宜居范围内。该天体与其主恒星之间的距离约为地球与太阳距离的50倍。如果得到证实，它将成为迄今为止使用该技术在太阳系外观测到的最轻的行星。

-为何能看得这么远？-

自2021年12月发射以来，韦伯太空望远镜一直在距离地球超过一百万英里的轨道上运行，捕捉到了令人惊叹的深空图像。但它究竟是如何工作的？它是如何看得这么远的？秘密在于它强大的相机——尤其是那些不像我们的眼睛那样感知光线的相机。

与拍摄可见光图像的普通相机甚至哈勃太空望远镜不同，韦伯太空望远镜的设计初衷是探测一种肉眼不可见的光：红外光。红外光的波长比可见光长，因此我们的眼睛无法探测到它。但借助合适的仪器，韦伯太空望远镜可以捕捉红外光，用于研究宇宙中一些最早、最遥远的天体。

虽然人眼无法看到红外光，但人们可以利用红外摄像机或热传感器等特殊技术，将红外光探测到热量的形式。例如，夜视镜利用红外光在黑暗中探测温暖的物体。韦伯太空望远镜也利用同样的原理来研究恒星、星系和行星。

为什么是红外线？当来自遥远星系的可见光穿越宇宙时，它会被拉伸。这是因为宇宙正在膨胀。这种拉伸将可见光转化为红外光。因此，太空中最遥远的星系不再发出可见光——它们发出微弱的红外线。韦伯望远镜就是为了探测这种光而建造的。

你所看到的可见光彩虹只是所有光的一小部分。有些望远镜可以探测波长较长的光，例如红外线，或波长较短的光，例如紫外线。有些望远镜可以探测X射线或无线电波

光线到达相机之前，必须先被韦伯望远镜巨大的金色镜面收集起来。这面镜面宽度超过21英尺（6.5米），由18块较小的镜面碎片组成，这些碎片像蜂巢一样紧密贴合。镜面上镀有一层薄薄的真金——这不仅是为了看起来美观，还因为黄金对红外光的反射效果极佳。

镜子收集来自深空的光线，并将其反射到望远镜的仪器中。镜子越大，收集的光线就越多，观测距离也就越远。韦伯的镜子是迄今为止发射到太空的最大的镜子。

相机内部：NIRCam 和 MIRI

望远镜最重要的“眼睛”是两台类似相机的科学仪器：NIRCam 和 MIRI。

NIRCam 是近红外相机的缩写。它是韦伯望远镜的主相机，可以拍摄令人惊叹的星系和恒星图像。它还配备了日冕仪——一种可以遮挡星光的装置，可以拍摄明亮光源附近非常暗淡的天体，例如围绕明亮恒星运行的行星。

NIRCam 的工作原理是将近红外光（最接近人眼可见的光）成像，并将其分解成不同的波长。这不仅有助于科学家了解物体的外观，还能了解其构成。太空中的不同物质会吸收和发射特定波长的红外光，从而形成一种独特的化学指纹。通过研究这些指纹，科学家可以揭示遥远恒星和星系的特性。

MIRI，即中红外仪器，能够探测更长的红外波长，这对于发现温度较低、尘埃较多的天体尤其有用，例如仍在气体云内形成的恒星。MIRI甚至可以帮助寻找行星大气中可能存在生命的分子类型的线索。

这两款相机的灵敏度远高于地球上使用的标准相机。NIRCam 和 MIRI 可以探测到数十亿光年之外最微弱的热量。如果你有韦伯的 NIRCam 作为眼睛，你甚至可以看到月球上一只大黄蜂发出的热量。它的灵敏度就是如此之高。

由于韦伯太空望远镜试图探测来自遥远天体的微弱热量，它需要尽可能地保持低温。正因如此，它携带了一个相当于网球场大小的巨型遮阳板。这块五层遮阳板可以阻挡来自太阳、地球甚至月球的热量，帮助韦伯太空望远镜保持极低的温度：约为-370华氏度（-223摄氏度）。

MIRI 需要更低的温度。它拥有一个特殊的制冷机，称为低温冷却器，可以将其冷却至接近 -447 华氏度（-266 摄氏度）。如果韦伯望远镜稍微有点热，它自身的热量就会淹没它试图探测的远距离信号。

将太空光转化为图片

光线到达韦伯望远镜的相机后，会进入被称为探测器的传感器。这些探测器不像手机摄像头那样捕捉普通的照片。相反，它们会将入射的红外光转换成数字数据。这些数据随后被传回地球，由科学家处理成全彩图像。

我们在韦伯照片中看到的颜色并非相机直接“看到”的颜色。由于红外光不可见，科学家将不同波长赋予不同的颜色，以帮助我们理解图像中的内容。这些经过处理的图像有助于展现星系、恒星等的结构、年龄和成分。

通过使用巨大的镜子收集不可见的红外光并将其发送到超冷相机，韦伯让我们看到了宇宙诞生后不久形成的星系。