美國國家航空暨太空總署（NASA）將慶祝詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（James Webb Space Telescope）發射兩週年，這是史上最大、功能最強大的太空觀測站。其清晰的影像令全世界為之振奮，而科學家才剛開始探索它所帶來的科學財富。

韋伯的成功是建立在四十年來同樣探測紅外光（肉眼不可見）的太空望遠鏡的基礎之上的–特別是美國國家航空航天局（NASA）兩台退役望遠鏡的工作，這兩台望遠鏡在去年迎來了重要的周年紀念日： 1 月是紅外線天文衛星（IRAS）發射40 週年，8 月是史匹哲太空望遠鏡發射20 週年。

這項傳統在NASA 拍攝的Rho Ophiuchi（距離地球最近的恆星形成區之一）影像中大放異彩。IRAS 是發射到地球軌道上的第一台紅外線望遠鏡，它位於阻擋大部分紅外線波長的大氣層之上。Rho Ophiuchi厚厚的氣體和塵埃雲阻擋了可見光，但IRAS的紅外線視野使它成為第一個能夠穿透這些雲層，揭示出深藏其中的新生恆星的天文台。

20 年後，史匹策的多個紅外線探測器幫助天文學家為該區域的許多恆星確定了更具體的年齡，為了解整個宇宙中年輕恆星的演化過程提供了啟示。韋伯更詳細的紅外線視圖顯示了年輕恆星迸發出的噴流，以及它們周圍的物質盤–未來行星系統的雛形。

太空中的氣體雲和塵埃雲–如圖所示的Rho Ophiuchi–大多會輻射出人眼無法偵測到的紅外線。1983年，地球軌道上的第一台紅外線望遠鏡IRAS對這一區域進行了成像，發現了以前不為人知的特徵，包括隱藏在塵埃深處的新形成的恆星。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

另一個例子是Fomalhaut，這是一顆被類似小行星帶的碎片盤包圍的恆星。40 年前，這個圓盤是IRAS 的重大發現之一，因為它也強烈暗示了至少有一顆行星的存在，而當時在太陽系外還沒有發現任何行星。史皮策隨後進行的觀測顯示，這個圓盤有兩個部分–寒冷的外部區域和溫暖的內部區域–並揭示了更多行星存在的證據。

此後，包括美國太空總署哈伯太空望遠鏡在內的許多其他望遠鏡都對Fomalhaut進行了研究，今年早些時候，韋伯望遠鏡拍攝的圖像讓科學家們看到了迄今為止最清晰的圓盤結構。它揭示了內盤中兩個以前從未見過的岩石和氣體環。結合幾代望遠鏡的工作，福馬豪特的故事變得更加清晰。

美國國家航空暨太空總署的斯皮策太空望遠鏡也拍攝了Rho Ophiuchi。史匹策的視野更寬，解析度也比它的前輩們更高，因此能提供該區域更詳細的影像以及更多有關恆星形成的資訊。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/哈佛-史密森尼天文中心

當IRAS 在1983 年發射時，科學家們並不確定這項任務會揭示出什麼。他們無法預料紅外線最終會被用於幾乎所有的天文學領域，包括研究星系的演化、恆星的生命週期、無所不在的宇宙塵埃的來源、系外行星的大氣層、小行星和其他近地天體的運動，甚至是史上最大的宇宙論謎團之一–暗能量的本質。

IRAS 為歐洲領導的紅外線太空天文台（ISO）和赫歇爾太空天文台、日本領導的AKARI 衛星、美國國家航空暨太空總署的寬視野紅外線巡天探測器（WISE）、該機構的機載SOFIA（平流層紅外線天文台）以及許多氣球天文台奠定了基礎。

美國國家航空暨太空總署的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡以前所未有的方式揭示了Rho Ophiuchi，在這張令人驚嘆的2023年圖片中，天文學家看到了恆星形成區的新特徵。韋伯望遠鏡是在IRAS 和Spitzer 等紅外線望遠鏡的基礎上發展起來的。圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI、Klaus Pontoppidan（STScI）

位於南加州的美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的天體物理學家邁克爾-沃納（Michael Werner）說：”紅外光對於了解我們從哪裡來以及我們是如何到達這裡的，無論是在最大還是最小的天文物理尺度上，都是至關重要的。我們利用紅外線來回顧空間和時間，幫助我們了解現代宇宙是如何形成的。紅外線使我們能夠研究恆星和行星的形成和演化，從而了解我們太陽系的歷史”。專門從事紅外線觀測的沃納是史匹策的計畫科學家。

紅外線天文衛星（IRAS）在軌概念圖。圖片來源：NASA/JPL

關於史皮策

如果說紅外線天文衛星（IRAS）是一項探路任務，那麼史匹哲天文衛星（Spitzer）就是為了深入探索紅外線宇宙而設計的。史匹策望遠鏡憑藉其寬闊的視野和相對較高的分辨率，實現了廣泛的科學目標。在長達16 年的任務中，史匹策發現了從宇宙邊緣（包括當時觀測到的一些最遙遠的星系）到太陽系（如土星周圍的一個新環）的新奇事物。研究人員也驚訝地發現，這台望遠鏡是研究系外行星（太陽係以外的行星）的完美工具，這是他們在建造這台望遠鏡時所沒有想到的。

這張圖片展示了史匹哲太空望遠鏡的藝術印象。背景是史皮策拍攝的銀河系平面紅外線影像。圖片來源：NASA/JPL 美國太空總署/JPL

加州理工學院數據和科學處理中心IPAC 的斯皮策科學中心前經理 Sean Carey說：「對於任何望遠鏡來說都不是為了獲取數據而獲取數據，而是在提出和解決一個特定的問題或一系列問題。由於我們從斯皮策和IRAS等望遠鏡中獲得的知識，我們能夠用韋伯望遠鏡提出的問題要復雜和多樣化得多”。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡藝術家概念圖。資料來源：美國國家航空暨太空總署

例如，凱裡說：”我們用斯皮策和哈伯研究了系外行星，我們搞清楚了紅外線望遠鏡在這一領域能做什麼，哪類行星最有趣，以及你能了解它們什麼。因此，當韋伯望遠鏡發射升空時，我們從一開始就投入了系外行星研究”。

美國國家航空暨太空總署的宇宙歷史、再電離紀元和冰層探測器光譜-光度計（SPHEREx）任務將幫助天文學家了解我們的宇宙是如何演化的，以及銀河系行星系統中生命成分的常見程度。資料來源：加州理工學院

韋伯也在為未來的紅外線任務鋪路。美國國家航空暨太空總署（NASA）即將執行的SPHEREx（宇宙歷史、再電離紀元和冰層探測器光譜-光度計）任務，以及該機構的下一個旗艦天文台–南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡，將繼續探索紅外線宇宙。

南希-格蕾絲-羅曼太空望遠鏡的藝術家概念圖。資料來源：美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心

關於任務的更多信息

IRAS 是美國國家航空暨太空總署、荷蘭航空航太計畫局和英國科學與工程研究理事會的聯合計畫。此任務由JPL 為NASA 管理。位於帕薩迪納的加州理工學院為美國國家航空暨太空總署管理JPL。

JPL 為華盛頓的美國太空總署科學任務局管理史匹哲太空望遠鏡任務，直到該任務於2020 年1 月退役。加州理工學院的斯皮策科學中心負責科學運作。太空船的運作由位於科羅拉多州利特爾頓的洛克希德-馬丁航太公司負責。資料存檔於加州理工學院IPAC 營運的紅外線科學檔案館。

詹姆斯-韋伯太空望遠鏡是世界上最重要的太空科學觀測站。韋伯正在揭開太陽系的神秘面紗，眺望其他恆星周圍的遙遠世界，探索宇宙的神秘結構和起源以及我們在宇宙中的位置。韋伯望遠鏡是一項國際計劃，由美國國家航空暨太空總署（NASA）及其合作夥伴歐空局（ESA）和加拿大太空局（CSA）共同領導。

編譯來源：ScitechDaily