全世界最贵的望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)终于发回了首张照片,准确地讲,JWST团队首批公布了五组太空图片,画面细节清晰,极其震撼,令人印象深刻。难怪有人说:这100亿花得值!

科学家太阳望远镜最新发现(100亿美元韦伯望远镜上天)(1)

韦伯望远镜拍摄船底座星云局部

我们的宇宙真有这么好看?答案要让你失望了:太空并不是你想象的那么多彩,银河系里的星云也没这么豪华靓丽,事实上它们看起来很暗淡,如果不是天文学(美术)家们挖空心思地修图,恐怕绝大多数人都不会对它产生兴趣。

你理解得没错,这些美丽的图片是用电脑P出来的,为的就是吸引你的眼球。

实际上,上边那张图片合成之后是这样的:

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船底座星云上色前的样子

没错,它是一张黑白的图片,包括NASA最早公开的韦伯测试图,那星空的红色也是用电脑添加上去,以表示这是一台红外线望远镜拍摄的照片。

红外线是什么?红外线是红色的吗?不,它是我们肉眼看不见的光线,人类的眼睛对波长大约380~750纳米范围内的光线敏感,这个频段内的电磁波被称为“可见光”,比这个范围波长更长的被称为红外线。所有有温度的物体都能发射红外线,但它只能用仪器探测到。

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人眼可见光的范围很有限

新冠疫情期间,公共场所到处可见红外测温仪,它就是利用热的物体发出红外线波长的差异来测量温度。

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不同温度的物体发出的红外光

韦伯望远镜就是一台巨大的红外线仪器,它测量的是宇宙中各种天体和气体的温度,更准确地说,科学家利用它来接收太空中所有物体发射红外电磁波的波长。韦伯望远镜上图像传感器可以对波长在600~28500纳米的红外线成像,而625~750纳米正是我们看到的红色,因此NASA团队将韦伯的测试图片P成红色并不算“乱来”。

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三个太空望远镜接收不同频谱的光

然而科学家耗费巨资制造望远镜并把它们送到天上,并不是用来看风景,而是希望用它来探索宇宙的秘密:宇宙是怎么形成的?“大爆炸”是真的吗?恒星和星系将如何演化?那里都有些什么元素?什么地方有氧气、水和生命?......所有这些问题都可以从光谱里找答案。

宇宙中的各种星球会发射光,星云、星际间物质会吸收光,由于不同的原子和分子拥有不同的发射和吸收谱线,我们就可以通过这些谱线来判断遥远太空中究竟有些什么东西。

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太空望远镜通过光谱探索物质组成

此前美国已经先后发射了哈勃太空望远镜和斯皮策太空望远镜,哈勃覆盖了从紫外线到一部分近红外的频段,斯皮策是一台中远红外望远镜,韦伯则填补了哈勃与斯皮策在红外区域的空缺。有朋友说韦伯是哈勃的“接替者”,其实这是一种误解。

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红外线能穿透黑色塑料袋

因为波长更长,红外线可以穿过星际间稠密的分子云和尘埃,因此韦伯能看见哈勃望远镜看不见的星星,并且在对更遥远的宇宙拍摄时,韦伯的图像更清晰。

韦伯望远镜拍摄的是红外图像,从其图像传感器发出来的数据并没有人眼可见的“颜色”。光线从遥远天体出发,经过亿万公里的跋涉到达韦伯望远镜,在里边经过复杂的传输,穿过滤光片和快门,最终在传感器上形成图像。

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韦伯望远镜里有复杂的滤光系统

与哈勃望远镜类似,韦伯望远镜里也有一组滤光器,每一块滤光片只允许规定波长的光穿过,其它波长的光子全部被拦截,这样在传感器上只会显示这规定波长光子的信息。

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韦伯在银河系中心收集到不同恒星的光谱

如此一来,当太空望远镜“凝视”宇宙中的一个星球时,它得到的并不是这个星球的彩色图像,而是一条条由“0”和“1”组成的谱线数据,这些数据揭示了星球组成的秘密,它才是科学家们最感兴趣的东西。

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科学家对光谱更感兴趣

现在让我们回到最初的问题,韦伯的彩色照片是怎么得来的呢?

以南环星云(NGC 3132)举例,韦伯望远镜的近红外相机(NIRCam)分别用F090W, F187N, F212N, F356W, F405N, F470N号滤光片对它进行了成像,这些图像分别包含了星云内部的不同光谱信息,但我们能看到的全是黑白图片。

NASA技术人员在收到这一组照片后,分别对它们进行上色,其中F470N和F405N赋红色,F356W黄色,F212N绿色,F187N青色,F090W蓝色。然后再把这些染了颜色的图片进行叠加,就P成了一张绚丽的星云图片:

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南环星云“伪彩色”图像合成

请注意:韦伯望远镜的NIRCam是一部近红外相机,它原本就不能表现其它颜色,所以你看到的南环星云实际上是用几张黑白图片上色“伪造”的,这不是它本来的颜色。或者你可以说这是对其“超频”之后的伪彩色。

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南环星云近红外和中红外伪彩色图像

与南环星云类似,韦伯团队首批发布的照片单从色彩上看并不具备太多科学价值,天文学家对黑白的更感兴趣。但是彩色图片好看,壮观,可以引起公众的兴趣,激发大家探索宇宙的热情。这就算是达到了目的。

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