為何望遠鏡可以看到過去?
詹姆斯·韋布空間望遠鏡發布了它的首張照片,這創造了歷史:一張星光點點的照片,被譽為目前為止拍攝的宇宙最深處的照片。與以往任何一個觀測平台相比,韋布空間望遠鏡除了能觀測到太空更深處之外,其鏡片還具有另一項技藝:它能比任何其他望遠鏡觀測到更久遠的過去,可觀測135億年前——在我們所知的宇宙形成後不久——出現的遙遠恆星和星系當時的情景。
這怎麼可能呢?機器如何能“回看過去”?這並非魔術,這是光的本質。
美國國家航空航天局科學家解釋說:“望遠鏡可以是時間機器,遙望太空就像在回看過去。這聽起來很神奇,但實際上很簡單:光需要時間穿越遙遠的空間到達我們這裡。”
報導稱,從遙遠星星的閃爍到數英尺(1英尺約合30.5厘米)外檯燈的亮光,你看到的所有光都需要時間才能到達你的眼睛。幸運的是,光的移動速度快得驚人——大約每小時6.7億英里(約合每小時10.8億公里)——所以你永遠不會注意到它從檯燈移動至你的眼睛。
然而,當你觀測非常遙遠的物體時——就像夜空中的大多數物體那樣——你看到的光經過了很長很長的距離才到達你這裡。
以太陽為例,太陽距離地球平均9300萬英里,這意味著光從太陽到地球需要8分20秒的時間。因此,當你看向太陽時(雖然你不應該直接看向太陽),你看到的是它在8分鐘前的樣子,而不是它現在的樣子——換句話說,你正在回看8分鐘前的過去。
光速對天文學來說是如此重要,以至於科學家們更喜歡用光年,而不是英里或公里來衡量空間中的距離。一光年是光在一年裡可以傳播的距離:大約5.88萬億英里,或9.46萬億公里。舉例而言,北極星距離地球約323光年。當你看到這顆恆星時,你看到的是300多年前的光。
因此,你甚至都不需要一台昂貴的望遠鏡就能看到過去;你用肉眼就可以看到。但要想真正回看遙遠的過去(比如,看看宇宙的起源),天文學家就需要像韋布空間望遠鏡這樣的望遠鏡。韋布空間望遠鏡不僅可以放大觀看遙遠的星系,觀測數百萬光年以外的可見光,還可以捕捉人類肉眼所看不到的波長的光,比如紅外波。
報導稱,很多東西——包括人類——都以紅外線的形式散發熱量。這種能量是肉眼所看不到的。但當紅外波用合適的設備觀測時,它們可以揭示宇宙中一些最難發現的物體。據美國國家航空航天局稱,由於紅外線的波長比可見光的波長長得多,它可以穿過空間中稠密、塵埃的區域,而不被散射或吸收。很多恆星和星係由於太遠、太暗或太模糊而不能作為可見光被看到,但它們發出的熱能可以作為紅外線被探測到。
這是韋布空間望遠鏡的技藝之一。通過其紅外傳感儀器,這台望遠鏡可以穿過太空中的塵埃區域,研究130多億年前宇宙中最古老的恆星和星系所發出的光。
這就是韋布空間望遠鏡拍攝其著名的深空圖像的方式,這也是其試圖觀測更久遠過去的方式,觀測大爆炸後的最初幾億年。這台望遠鏡將揭示的恆星可能現今已經死去很久了,但在它們古老的光穿越宇宙的漫長旅程中,韋布空間望遠鏡為我們凡人的眼睛帶來了一場獨一無二的時間旅行。