NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜是有史以来制造的功能最强大的太空望远镜。
经过一个涉及多年延误和数十亿美元成本的复杂工程过程，该望远镜计划于18/12/21发射入轨。
詹姆斯·韦伯望远镜旨在探测最早的恒星或星系发出的微弱红外光。
人们希望这台革命性望远镜收集的数据能够回答关于宇宙如何诞生的关键问题。
有人把NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜称为“吞噬天文学的望远镜”。它是有史以来功能最强大的太空望远镜，也是一件精密复杂的机械折纸作品，推动了人类工程技术的极限。2021年12月18日，经过多年延误和数十亿美元的超支成本之后，该望远镜计划发射入轨，并开启天文学的新纪元。
我是一名天文学家，专攻观测宇宙学，三十年来一直在研究遥远的星系。关于宇宙，一些最大的未解之谜与大爆炸后的早期阶段有关。第一批恒星和星系是何时形成的？哪个先出现，原因是什么？我非常兴奋，因为天文学家可能很快就能揭开星系如何诞生的故事，而詹姆斯·韦伯正是专门为回答这些问题而建造的。
宇宙的“黑暗时代”
大量证据表明，宇宙始于一个称为大爆炸的事件，距今138亿年。这一事件使宇宙处于超高温、超高密度的状态。大爆炸之后，宇宙立即开始膨胀，并随之冷却。大爆炸一秒钟后，宇宙的跨度达到一百万亿英里，平均温度高达令人难以置信的180亿华氏度（100亿摄氏度）。大约在大爆炸后40万年，宇宙的跨度为1000万光年，而温度已经降低至5500华氏度（3000摄氏度）。如果当时有人在场目睹这一景象，宇宙会像一个巨大的取暖灯一样发出暗红色的光芒。
在这段时期，空间中充满了由高能粒子、辐射、氢和氦组成的均匀“汤”。当时没有任何结构。随着膨胀中的宇宙变得越来越大、越来越冷，这锅“汤”逐渐稀薄，一切都逐渐变暗。这就是天文学家所说的黑暗时代的开端。
黑暗时代的这锅“汤”并非完全均匀。由于引力作用，微小的气体区域开始聚集并变得更加致密。原本均匀的宇宙变得凹凸不平，这些较致密的小团块成为了日后恒星、星系以及宇宙中其他一切事物形成的种子。
尽管当时什么也看不到，黑暗时代却是宇宙演化过程中的重要阶段。
寻找第一缕光
黑暗时代在引力形成第一批恒星和星系后结束，这些天体最终开始发出第一缕光。尽管天文学家不知道第一缕光出现的确切时间，但最可能的推测是它出现在大爆炸之后数亿年。天文学家也不确定恒星和星系究竟哪个先形成。
当前理论基于引力如何在以暗物质为主导的宇宙中形成结构的研究表明，像恒星和星团这样的小型天体可能最先形成，随后逐渐发展成矮星系，再进一步发展成像银河系这样的大型星系。宇宙中最早的这些恒星与今天的恒星相比是极端天体。它们亮度是百万倍，但寿命非常短暂。它们燃烧得炽热而明亮，死亡后留下了黑洞，质量可达太阳的一百倍，这些黑洞可能充当了星系形成的种子。
天文学家非常希望研究宇宙这一迷人而重要的时期，但探测第一缕光极具挑战性。与今天庞大而明亮的星系相比，最早的天体非常小，而且由于宇宙的持续膨胀，它们如今距离地球已有数百亿光年之遥。此外，最早的恒星被其形成时残留的气体所包围，这些气体如同雾气一般吸收了大部分光线。直到数亿年后，辐射才驱散了这层雾气。这种早期光线抵达地球时已经非常微弱。
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但这并非唯一的挑战。
随着宇宙膨胀，穿行其中的光波波长会不断被拉伸。这种现象称为红移，因为它会把较短波长的光（如蓝光或白光）转变为较长波长的光（如红光或红外光）。虽然这并不是一个完美的类比，但它类似于汽车从你身边驶过时，所发出声音的音调会明显降低。
由一颗早期恒星或星系在130亿年前发出的光抵达地球上的任何望远镜时，已经因宇宙膨胀而被拉伸了10倍。它以红外光的形式到达，也就是说其波长比红光更长。要观测第一缕光，就必须寻找红外光。
望远镜即时光机
现在请看詹姆斯·韦伯太空望远镜。
望远镜就像时光机。如果一个天体距离我们10000光年，这意味着其光线需要10000年才能抵达地球。因此，天文学家观测太空越远，我们就是在回望越久远的过去。
工程师们对詹姆斯·韦伯进行了优化，使其专门用于探测最早的恒星或星系发出的微弱红外光。与哈勃太空望远镜相比，詹姆斯·韦伯的相机视野宽15倍，收集的光量多6倍，其传感器经过调校，对红外光最为敏感。
其策略是长时间深入凝视天空中的一小块区域，尽可能多地收集来自最遥远、最古老星系的光和信息。借助这些数据，或许有可能回答黑暗时代何时以及如何结束的问题，但还有许多其他重要发现有待实现。例如，揭开这段历史也可能有助于解释暗物质的本质，暗物质是一种神秘的物质形态，约占宇宙质量的80%。
詹姆斯·韦伯是NASA有史以来尝试过的技术难度最高的任务。但我认为，它有望帮助回答的科学问题值得我们付出全部努力。我和其他天文学家正怀着激动的心情，等待着这些数据于2022年某个时候开始陆续传回。
