詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡捕捉到了一顆可能是利用這臺先進(jìn)天文臺發(fā)現(xiàn)的第一顆系外行星。一個國際天文學(xué)家團(tuán)隊(duì)在TWA 7周圍的碎片區(qū)發(fā)現(xiàn)了這顆行星候選體。TWA 7是一顆位于兔耳座的低質(zhì)量恒星，距離地球約111光年。

該望遠(yuǎn)鏡可以比以往任何望遠(yuǎn)鏡看得更遠(yuǎn)，自 2022 年投入使用以來，它為尋找太陽系外行星提供了強(qiáng)大的動力。

韋伯望遠(yuǎn)鏡MIRI儀器上的一個附件—日冕儀—遮蔽了恒星，產(chǎn)生了類似日食的效果。望遠(yuǎn)鏡的紅外視覺系統(tǒng)可以透過它，發(fā)現(xiàn)這顆行星。

天文學(xué)家將韋伯望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)的是恒星 TWA 7，它距離地球約一百光年——在宇宙中相對較近。

這顆恒星于 1999 年首次被哈勃太空望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)，由于兩個原因，它被認(rèn)為是一個有希望的目標(biāo)。

它只有 640 萬年的歷史——與太陽的 45 億年相比，它還只是個嬰兒——并且仍然被巨大的氣體和塵埃盤所包圍，據(jù)信行星就是在這里形成的。

天文學(xué)家排除了光來自太陽系邊緣的物體或恒星后面的遙遠(yuǎn)星系的可能性。

研究表明，這只能意味著光源是一顆相對較小且寒冷的行星，其質(zhì)量至少比迄今為止直接成像的任何其他系外行星輕 10 倍。

研究人員估計，這顆行星的質(zhì)量與土星相似，土星是一顆氣態(tài)巨行星，重量僅為太陽系最大行星木星的三分之一。

韋伯通過直接圖像探測系外行星的能力提高了 10 倍。這很重要，因?yàn)轭愃朴诘厍蚧蚧鹦堑妮^小的巖石行星是尋找太陽系外宜居世界的最終目標(biāo)。

上圖是使用歐洲南方天文臺（ESO）甚大望遠(yuǎn)鏡（VLT）和韋伯望遠(yuǎn)鏡（Webb）MIRI數(shù)據(jù)合成的。主恒星TWA 7用一個圓圈和一個星號標(biāo)記。它周圍的藍(lán)色代表VLT球體儀器的數(shù)據(jù)，顯示了恒星周圍的碎片場，而韋伯望遠(yuǎn)鏡（Webb）MIRI的數(shù)據(jù)則以橙色顯示。右上角的橙色斑點(diǎn)是新的行星候選體；左下角的另一個橙色斑點(diǎn)很可能是一顆無關(guān)的背景恒星。

雖然目前還處于早期階段，但該團(tuán)隊(duì)的初步分析表明，我們可能正在觀測一顆質(zhì)量約為木星0.3倍、溫度約為120華氏度（47攝氏度）的行星——完全處于宜居范圍內(nèi)。該天體與其主恒星之間的距離約為地球與太陽距離的50倍。如果得到證實(shí)，它將成為迄今為止使用該技術(shù)在太陽系外觀測到的最輕的行星。

-為何能看得這么遠(yuǎn)？-

自2021年12月發(fā)射以來，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡一直在距離地球超過一百萬英里的軌道上運(yùn)行，捕捉到了令人驚嘆的深空圖像。但它究竟是如何工作的？它是如何看得這么遠(yuǎn)的？秘密在于它強(qiáng)大的相機(jī)——尤其是那些不像我們的眼睛那樣感知光線的相機(jī)。

與拍攝可見光圖像的普通相機(jī)甚至哈勃太空望遠(yuǎn)鏡不同，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計初衷是探測一種肉眼不可見的光：紅外光。紅外光的波長比可見光長，因此我們的眼睛無法探測到它。但借助合適的儀器，韋伯太空望遠(yuǎn)鏡可以捕捉紅外光，用于研究宇宙中一些最早、最遙遠(yuǎn)的天體。

雖然人眼無法看到紅外光，但人們可以利用紅外攝像機(jī)或熱傳感器等特殊技術(shù)，將紅外光探測到熱量的形式。例如，夜視鏡利用紅外光在黑暗中探測溫暖的物體。韋伯太空望遠(yuǎn)鏡也利用同樣的原理來研究恒星、星系和行星。

為什么是紅外線？當(dāng)來自遙遠(yuǎn)星系的可見光穿越宇宙時，它會被拉伸。這是因?yàn)橛钪嬲谂蛎?。這種拉伸將可見光轉(zhuǎn)化為紅外光。因此，太空中最遙遠(yuǎn)的星系不再發(fā)出可見光——它們發(fā)出微弱的紅外線。韋伯望遠(yuǎn)鏡就是為了探測這種光而建造的。

你所看到的可見光彩虹只是所有光的一小部分。有些望遠(yuǎn)鏡可以探測波長較長的光，例如紅外線，或波長較短的光，例如紫外線。有些望遠(yuǎn)鏡可以探測X射線或無線電波

光線到達(dá)相機(jī)之前，必須先被韋伯望遠(yuǎn)鏡巨大的金色鏡面收集起來。這面鏡面寬度超過21英尺（6.5米），由18塊較小的鏡面碎片組成，這些碎片像蜂巢一樣緊密貼合。鏡面上鍍有一層薄薄的真金——這不僅是為了看起來美觀，還因?yàn)辄S金對紅外光的反射效果極佳。

鏡子收集來自深空的光線，并將其反射到望遠(yuǎn)鏡的儀器中。鏡子越大，收集的光線就越多，觀測距離也就越遠(yuǎn)。韋伯的鏡子是迄今為止發(fā)射到太空的最大的鏡子。

相機(jī)內(nèi)部：NIRCam 和 MIRI

望遠(yuǎn)鏡最重要的“眼睛”是兩臺類似相機(jī)的科學(xué)儀器：NIRCam 和 MIRI。

NIRCam 是近紅外相機(jī)的縮寫。它是韋伯望遠(yuǎn)鏡的主相機(jī)，可以拍攝令人驚嘆的星系和恒星圖像。它還配備了日冕儀——一種可以遮擋星光的裝置，可以拍攝明亮光源附近非常暗淡的天體，例如圍繞明亮恒星運(yùn)行的行星。

NIRCam 的工作原理是將近紅外光（最接近人眼可見的光）成像，并將其分解成不同的波長。這不僅有助于科學(xué)家了解物體的外觀，還能了解其構(gòu)成。太空中的不同物質(zhì)會吸收和發(fā)射特定波長的紅外光，從而形成一種獨(dú)特的化學(xué)指紋。通過研究這些指紋，科學(xué)家可以揭示遙遠(yuǎn)恒星和星系的特性。

MIRI，即中紅外儀器，能夠探測更長的紅外波長，這對于發(fā)現(xiàn)溫度較低、塵埃較多的天體尤其有用，例如仍在氣體云內(nèi)形成的恒星。MIRI甚至可以幫助尋找行星大氣中可能存在生命的分子類型的線索。

這兩款相機(jī)的靈敏度遠(yuǎn)高于地球上使用的標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)。NIRCam 和 MIRI 可以探測到數(shù)十億光年之外最微弱的熱量。如果你有韋伯的 NIRCam 作為眼睛，你甚至可以看到月球上一只大黃蜂發(fā)出的熱量。它的靈敏度就是如此之高。

由于韋伯太空望遠(yuǎn)鏡試圖探測來自遙遠(yuǎn)天體的微弱熱量，它需要盡可能地保持低溫。正因如此，它攜帶了一個相當(dāng)于網(wǎng)球場大小的巨型遮陽板。這塊五層遮陽板可以阻擋來自太陽、地球甚至月球的熱量，幫助韋伯太空望遠(yuǎn)鏡保持極低的溫度：約為-370華氏度（-223攝氏度）。

MIRI 需要更低的溫度。它擁有一個特殊的制冷機(jī)，稱為低溫冷卻器，可以將其冷卻至接近 -447 華氏度（-266 攝氏度）。如果韋伯望遠(yuǎn)鏡稍微有點(diǎn)熱，它自身的熱量就會淹沒它試圖探測的遠(yuǎn)距離信號。

將太空光轉(zhuǎn)化為圖片

光線到達(dá)韋伯望遠(yuǎn)鏡的相機(jī)后，會進(jìn)入被稱為探測器的傳感器。這些探測器不像手機(jī)攝像頭那樣捕捉普通的照片。相反，它們會將入射的紅外光轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)隨后被傳回地球，由科學(xué)家處理成全彩圖像。

我們在韋伯照片中看到的顏色并非相機(jī)直接“看到”的顏色。由于紅外光不可見，科學(xué)家將不同波長賦予不同的顏色，以幫助我們理解圖像中的內(nèi)容。這些經(jīng)過處理的圖像有助于展現(xiàn)星系、恒星等的結(jié)構(gòu)、年齡和成分。

通過使用巨大的鏡子收集不可見的紅外光并將其發(fā)送到超冷相機(jī)，韋伯讓我們看到了宇宙誕生后不久形成的星系。