我是斜杠青年，一個熱愛前沿科學(xué)的“雜食性”學(xué)者！

這兩天最大的科學(xué)新聞，是詹姆斯韋伯放的大招。

詹姆斯·韋伯向我們展示了什么？彩色圖像是如何制作的？

世界上最強(qiáng)大的太空望遠(yuǎn)鏡正在發(fā)布其第一張全彩色宇宙照片。

在到達(dá)環(huán)繞太陽軌道的最終目的地（距離地球100多萬公里）六個月后，詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）正在發(fā)送其首張全彩圖像。

今年4月，JWST的儀器進(jìn)行了對齊。5月，收到了第一批校準(zhǔn)圖像，顯示了詹姆斯·韋伯將幫助人類在未來20年中看到宇宙的前所未有的質(zhì)量。

唯一值得熬夜的照片轉(zhuǎn)儲——10-20張全彩照片。它于美國東部標(biāo)準(zhǔn)時間7月13日星期三上午12:30到達(dá)。

這些圖像包括迄今為止對早期宇宙最遠(yuǎn)的觀察、系外行星大氣層和由2000種不同紅外線顏色拍攝的照片。

隨著圖像揭示宇宙的秘密

少數(shù)偷看這些圖像的科學(xué)家說，他們快要哭了。美國宇航局科學(xué)任務(wù)副管理員Thomas Zurbuchen表示：“當(dāng)你看到大自然突然釋放一些秘密時，這是一個激動人心的時刻”?！斑@不是一張圖像。這是新的世界觀。

美國空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所（STScI）的韋伯項(xiàng)目科學(xué)家、天文學(xué)家克勞斯·蓬托皮丹表示：“他們對韋伯第一批圖像和數(shù)據(jù)的目標(biāo)既是展示望遠(yuǎn)鏡的強(qiáng)大儀器，又預(yù)覽即將到來的科學(xué)任務(wù)”。他們肯定會為天文學(xué)家和公眾帶來期待已久的驚喜。

STScI的科學(xué)視覺開發(fā)人員Alyssa Pagan表示：“他很榮幸能參與其中”?！巴ǔ＃瑥脑纪h(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)到傳達(dá)宇宙科學(xué)信息的最終清潔圖像的過程可能需要幾周到一個月的時間”。

美國宇航局副局長帕姆·梅爾羅伊表示：“作為一名科學(xué)家、工程師和人類，我所看到的讓我感動”。

韋伯的眼睛看著天空

詹姆斯韋伯配備了四臺強(qiáng)大的光學(xué)儀器。這四個工具從特定范圍內(nèi)的電磁輻射（光）波長和特定成像類型收集宇宙的數(shù)據(jù)。

中紅外儀器（MIRI）為波長為4.9至28.8微米的輻射提供成像和光譜觀測。

近紅外相機(jī)（NIRCam）專注于0.6至5.0微米的光波長。它還用于JWST鏡面對齊。

近紅外成像儀和無切片光譜儀（NIRISS）的波長在0.6至5.0微米之間進(jìn)行觀測。

近紅外光譜儀（NIRSpec）提供0.6-5.3微米的光譜。

紅外光譜出現(xiàn)在可見光譜（380至700納米）旁邊，本質(zhì)上是熱量。

紅外輻射檢測很重要，原因有幾個。

宇宙的大部分隱藏在我們自己的銀河系中氣體和其他粒子的面紗后面。散布在星系之間的是所謂的星系際介質(zhì)。這些東西掩蓋了它們后面的宏偉結(jié)構(gòu)，遮蔽了來自整個宇宙區(qū)域的可見光。

然而，紅外線穿透了這個裹尸布，露出后面的恒星和星云等送熱結(jié)構(gòu)。

這些遙遠(yuǎn)物體的光已經(jīng)需要大量的時間才能到達(dá)我們在地球上和周圍的天文臺——數(shù)十億年。隨著宇宙的擴(kuò)張，星系和恒星的擴(kuò)張甚至更遠(yuǎn)。

由于宇宙的膨脹，來自遙遠(yuǎn)星系等源頭的電磁波延伸并變長。

被稱為多普勒位移，這與你聽到的聲波產(chǎn)生效果相同，例如，由一輛救護(hù)車超速經(jīng)過你。隨著救護(hù)車向更遠(yuǎn)移動，隨著聲波的進(jìn)一步移動，其警報器的音調(diào)會降低。它們的波長增加，導(dǎo)致音高下降。

光線也是如此，除了我們沒有看到“紅色”的音高下降。來自遙遠(yuǎn)物體的可見光“變紅”，到到達(dá)地球時，電磁輻射不再可見，但可以檢測到光譜的一部分紅外（紅色以下）部分。

全彩圖像是如何生成的？

但是，鑒于JWST收集的數(shù)據(jù)不是我們知道的可見色譜，為什么發(fā)布的圖像是全彩色的？我們看不到紅外線顏色。

顏色不是隨機(jī)應(yīng)用的。為了科學(xué)目的，某些顏色可能會被高亮顯示，以提請注意特定特征，但將紅外觀測轉(zhuǎn)化為全彩色圖像的過程來自多普勒效應(yīng)。

就像將音樂轉(zhuǎn)換為不同的鍵或?qū)ⅥL魚歌轉(zhuǎn)移到人類聽覺的聽覺范圍內(nèi)聽鯨目動物音樂一樣，電磁輻射可以向上移動。

天文學(xué)家知道宇宙膨脹的速度，加上地球與光源之間的距離，可以“不移位”來自物體的紅移光。因此，我們得到了物體外觀的光學(xué)圖像（或數(shù)十億年前光離開物體表面時的樣子）。

我們在看什么？

在概述了上述過程后，更不用說JWST正在觀察已經(jīng)行駛了數(shù)十億光年的光，你會意識到，制作第一批詹姆斯·韋伯圖像比智能手機(jī)相機(jī)的點(diǎn)擊更復(fù)雜。

“當(dāng)你把數(shù)據(jù)拿下來時，它們看起來一點(diǎn)也不像美麗的彩色圖像?！爸挥挟?dāng)你作為專家知道要尋找什么時，你才能欣賞它們”。

擁有有史以來最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡的部分樂趣是，我們甚至不確定會透露什么。

但第一批圖像肯定會包含一些東西。這包括拍攝的最遠(yuǎn)的圖像。

詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡指向我們提供第一批全彩照片的物體包括：

船長星云：天空中最大、最亮的星云之一。它距離南卡里娜座約7600光年。星云是許多比太陽大幾倍的恒星的家園。

WASP-96 b：這不是一張照片，而是太陽系外一顆巨型氣體行星的色譜。這顆行星距離地球近1150光年，每3.4天繞恒星運(yùn)行一次。它的質(zhì)量約為木星的一半，并于2014年宣布發(fā)現(xiàn)。

南環(huán)狀星云：南環(huán)，或“八爆”星云，是一個行星狀星云——圍繞一顆垂死恒星的膨脹氣體云。它的直徑近半光年，距離大約2000光年。

斯蒂芬五重奏：距離帕伽索斯星座約2.9億光年。五重奏中的五個星系中有四個被鎖定在反復(fù)近距離接觸的宇宙舞蹈中。

SMACS 0723：巨大的前景星系團(tuán)放大并扭曲了它們后面物體的光線，使深野視野到極遠(yuǎn)和微弱的星系。

Webb無非是真正的科學(xué)壯舉。7月12日的其中一張圖像是我們宇宙有史以來最深的圖像。

因?yàn)楣庑枰獢?shù)十億年才能從遙遠(yuǎn)的物體傳播到我們身邊，所以我們本質(zhì)上是在展望過去。

大約20年前，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的超深場調(diào)查捕獲了最古老的可見星系，可以追溯到大爆炸發(fā)生后約8億年，大爆炸估計發(fā)生在138億年前。所以，我們說的是老話。

美國宇航局還介紹了JWST對太陽系外一顆行星大氣層的首次研究，該行星被稱為WASP-96 b。

今年6月27日，美國宇航局宣布NIRISS完成了準(zhǔn)備工作，并將顯示2000多種紅外線顏色。該模式將專門用于檢查系外行星的大氣層。

當(dāng)行星圍繞恒星運(yùn)行時，它們吸收了一些恒星的光。特定波長的吸收與太陽系外行星大氣中特定分子的存在有關(guān)。因此，當(dāng)一顆行星從恒星前面經(jīng)過時，天文學(xué)家可以使用NIRISS工具來確定這些外星空氣的化學(xué)成分——并可能找到我們可以呼吸和/或找到外星生命的空氣。

NIRISS儀器的單物體無狹縫光譜能力是一個專門的棱鏡組件，可以分散光線，創(chuàng)造三個獨(dú)特的紅外光譜，在一次觀察中揭示2000種色調(diào)。

NIRISS首席研究員René Doyon以及蒙特利爾大學(xué)Webb的精細(xì)指導(dǎo)傳感器說的人員表示：“想到，他們終于結(jié)束了加拿大為這項(xiàng)任務(wù)貢獻(xiàn)的長達(dá)二十年的旅程”。所有四種NIRISS模式不僅都已準(zhǔn)備就緒，而且整個儀器的性能也比他們預(yù)測的要好得多。

“它將探索太陽系中的物體和圍繞其他恒星運(yùn)行的系外行星，為我們提供線索，說明它們的大氣層是否可能與我們自己的大氣層相似，并可能回答我們的一些問題。我們從哪里來？外面還有什么？我們是誰？當(dāng)然，它也將回答一些我們尚未想過要問的問題”。

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