宇宙的5张非凡影像

• 随着望远镜技术的发展，太空影像的质量不断提升。

• 詹姆斯·韦布空间望远镜于2021年底发射升空，是有史以来发射的最大红外天文台。

• 为纪念它发射升空，一位天体物理学教授挑选了她最喜爱的深空影像。

最近发射升空的詹姆斯·韦布空间望远镜为天文学家带来了前所未有的新机遇。这也正是回顾前几代望远镜向我们展示了什么的好时机。

天文学家很少单纯用望远镜拍照。天体物理学中的图像通常是通过科学推断和想象生成的，有时会以艺术家印象图的形式呈现数据所暗示的景象。

要从中只挑出几张影像并不容易。我将选择范围限定为由公共资金支持的望远镜拍摄、且展现了有趣科学发现的影像。我尽量避开已经广为人知、被大量观看过的热门影像。

下面的选择是个人之选，我相信许多读者也会推荐不同的影像。欢迎在评论中分享。

1. 木星两极

木星上的一个云系。Image: 杰拉尔德·艾希施泰特和肖恩·多兰增强处理（CC BY-NC-SA），基于 NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS 提供的影像

我选择的第一张影像由美国国家航空航天局（NASA）的朱诺号任务拍摄；该探测器目前正在环绕木星运行。影像拍摄于2017年10月，当时探测器距离木星云层顶端18,906公里。影像展现了木星北半球的一个云系，也是我们首次看到木星两极（北极）的景象。

这张影像所依据的原始图像揭示了复杂的流动模式，类似地球大气中的气旋；不同高度的云层种类各异，也造成了引人注目的效果，有时还会在下方的云层上投下阴影。

我选择这张影像，既因为它很美，也因为它带来了惊喜：木星北极附近的区域与我们此前在更靠近赤道处看到的部分大不相同。朱诺号从上方俯瞰木星两极，让我们看到了这颗熟悉行星的另一面。

2. 鹰状星云

鹰状星云又称M16，距离地球6,500光年。Image: G. Li Causi，意大利国家天体物理研究所空间天体物理学与宇宙学研究所（IAPS/INAF），意大利，CC BY

天文学家通过建造能够探测人眼不可见的“颜色”光线的望远镜，可以获得独特的信息。我们熟悉的彩虹色彩，只占物理学家所说的电磁波谱的一小部分。

红光之外是红外线，其能量低于可见光。红外相机能看到温度过低、人眼无法探测到的天体。在太空中，它还能穿透尘埃，而尘埃通常会完全遮挡我们的视野。

詹姆斯·韦布空间望远镜将成为有史以来发射的最大红外天文台。此前，最大的是欧洲空间局的赫歇尔空间天文台。我选的下一张影像是赫歇尔拍摄的鹰状星云（又称M16）中的恒星形成景象。

星云是太空中的气体云。鹰状星云距离地球6,500光年，按天文学标准来说相当近。这里是恒星剧烈形成的区域。

这张影像中心附近的一个特征，其特写景象被称为“创生之柱”。这些柱状结构有点像拇指和食指朝上、略微向左指去，伸入一团巨大分子气体和尘埃云中的空腔。新近在云团更深处形成的高能恒星发出的恒星风，正在逐渐吹空这个空腔。

3. 银河系中心

你能找到五重星团和弧形星团吗？Image: 哈勃：NASA、欧洲空间局（ESA）和Q. D. Wang（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；斯皮策：NASA喷气推进实验室和S. Stolovy（斯皮策科学中心/加州理工学院）

这张影像让我们更深入地望向太空，直抵银河系中心。它同样使用红外光，这次结合了NASA两台望远镜的数据：哈勃和斯皮策。

影像右下方明亮的白色区域就是银河系的正中心。那里有一个名为人马座A*的超大质量黑洞、一个恒星团，以及一颗大质量恒星的残骸；这颗恒星约在10,000年前以超新星形式爆发。

其他恒星团也清晰可见。影像左下方是五重星团，位于一个气泡状区域中，恒星风已吹散当地的气体和尘埃。左上方则是弧形星团，其名称源自向上延伸并超出影像范围的发光气体弧。这两个星团都包含一些已知质量最大的恒星。

4. 阿贝尔370

阿贝尔370是一个由数百个星系组成的星系团，距离地球约50亿光年。Image: NASA、ESA、J. Lotz及哈勃前沿场项目团队（STScI）

在比单个星系大得多的尺度上，宇宙呈现为由暗物质丝状结构（长长的相连条带）组成的网络。一些最壮观的可见天体是星系团，它们形成于这些丝状结构的交汇处。

如果我们观察附近的星系团（当然，这是相对而言），就能看到爱因斯坦关于质量会使空间弯曲这一论断的有力证据。哈勃于2017年公布的阿贝尔370影像，便是展现空间弯曲现象最美的例子之一。

阿贝尔370是一个由数百个星系组成的星系团，距离我们约50亿光年。图中可以看到细长的光弧。这些是距离更遥远的星系被放大和扭曲后的影像。星系团的质量会扭曲时空，并使来自更遥远天体的光发生弯曲，从而放大这些天体；在某些情况下，同一个遥远星系还会形成多个影像。这种现象称为引力透镜效应，因为弯曲的时空就像一枚光学透镜。

这些被放大的影像中，最显眼的是图片中心左上方最粗、最亮的光弧。它被称为“龙”，由同一个遥远星系的两个影像组成，分别位于龙头和龙尾。其他几个遥远星系彼此重叠的影像，构成了龙身的弧形部分。

这些经引力放大的影像对天文学家很有用，因为放大效果能让他们看到遥远透镜天体的更多细节。在这个例子中，透镜星系中的恒星群体可以得到细致研究。

5. 哈勃超深场

其中一些星系发出的光已经传播了超过130亿年。Image: NASA、ESA、S. Beckwith（STScI）及HUDF团队，CC BY

天文学家提出了一个巧妙的想法：让哈勃望远镜连续数日对准一片空白天空，看看在可观测宇宙的边缘能发现哪些极其遥远的天体。

哈勃超深场包含近10,000个天体，其中几乎全是非常遥远的星系。自宇宙年龄仅约5亿年时起，其中一些星系发出的光已经传播了超过130亿年。

其中一些天体属于已知最古老、最遥远的天体。我们在这里看到的是古老恒星发出的光，而它们在当地的同代恒星早已熄灭。

最古老的星系形成于再电离时期。当时，宇宙中稀薄的气体首次沐浴在星光之中，这些星光足以将电子从氢原子中分离出来。这是宇宙整体性质最后一次重大变化。

光所承载的信息如此丰富，使我们得以拼凑出宇宙的历史，这令人惊叹。詹姆斯·韦布空间望远镜的发射将为我们带来大幅改进的红外影像，也必将提出新的问题，供未来几代科学家探索。