詹姆斯·韋伯望遠鏡發現第一顆系外行星！為何能看得這么遠？

詹姆斯·韋伯太空望遠鏡捕捉到了一顆可能是利用這臺先進天文臺發現的第一顆系外行星。一個國際天文學家團隊在TWA 7周圍的碎片區發現了這顆行星候選體。TWA 7是一顆位于兔耳座的低質量恒星，距離地球約111光年。

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

韋伯望遠鏡MIRI儀器上的一個附件—日冕儀—遮蔽了恒星，產生了類似日食的效果。望遠鏡的紅外視覺系統可以透過它，發現這顆行星。

天文學家將韋伯望遠鏡瞄準的是恒星 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鏡發現，由于兩個原因，它被認為是一個有希望的目標。

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，據信行星就是在這里形成的。

天文學家排除了光來自太陽系邊緣的物體或恒星后面的遙遠星系的可能性。

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，這顆行星的質量與土星相似，土星是一顆氣態巨行星，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，因為類似于地球或火星的較小的巖石行星是尋找太陽系外宜居世界的最終目標。

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

雖然目前還處于早期階段，但該團隊的初步分析表明，我們可能正在觀測一顆質量約為木星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。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，它將成為迄今為止使用該技術在太陽系外觀測到的最輕的行星。

-為何能看得這么遠？-

自2021年12月發射以來，韋伯太空望遠鏡一直在距離地球超過一百萬英里的軌道上運行，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的？秘密在于它強大的相機——尤其是那些不像我們的眼睛那樣感知光線的相機。

與拍攝可見光圖像的普通相機甚至哈勃太空望遠鏡不同，韋伯太空望遠鏡的設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，韋伯太空望遠鏡可以捕捉紅外光，用于研究宇宙中一些最早、最遙遠的天體。

雖然人眼無法看到紅外光，但人們可以利用紅外攝像機或熱傳感器等特殊技術，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？當來自遙遠星系的可見光穿越宇宙時，它會被拉伸。這是因為宇宙正在膨脹。這種拉伸將可見光轉化為紅外光。因此，太空中最遙遠的星系不再發出可見光——它們發出微弱的紅外線。韋伯望遠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。有些望遠鏡可以探測X射線或無線電波

光線到達相機之前，必須先被韋伯望遠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，還因為黃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。韋伯的鏡子是迄今為止發射到太空的最大的鏡子。

相機內部：NIRCam 和 MIRI

望遠鏡最重要的“眼睛”是兩臺類似相機的科學儀器：NIRCam 和 MIRI。

NIRCam 是近紅外相機的縮寫。它是韋伯望遠鏡的主相機，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。這不僅有助于科學家了解物體的外觀，還能了解其構成。太空中的不同物質會吸收和發射特定波長的紅外光，從而形成一種獨特的化學指紋。通過研究這些指紋，科學家可以揭示遙遠恒星和星系的特性。

MIRI，即中紅外儀器，能夠探測更長的紅外波長，這對于發現溫度較低、塵埃較多的天體尤其有用，例如仍在氣體云內形成的恒星。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。

這兩款相機的靈敏度遠高于地球上使用的標準相機。NIRCam 和 MIRI 可以探測到數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出的熱量。它的靈敏度就是如此之高。

由于韋伯太空望遠鏡試圖探測來自遙遠天體的微弱熱量，它需要盡可能地保持低溫。正因如此，它攜帶了一個相當于網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，稱為低溫冷卻器，可以將其冷卻至接近 -447 華氏度（-266 攝氏度）。如果韋伯望遠鏡稍微有點熱，它自身的熱量就會淹沒它試圖探測的遠距離信號。

將太空光轉化為圖片

光線到達韋伯望遠鏡的相機后，會進入被稱為探測器的傳感器。這些探測器不像手機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換成數字數據。這些數據隨后被傳回地球，由科學家處理成全彩圖像。

我們在韋伯照片中看到的顏色并非相機直接“看到”的顏色。由于紅外光不可見，科學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容。這些經過處理的圖像有助于展現星系、恒星等的結構、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送到超冷相機，韋伯讓我們看到了宇宙誕生后不久形成的星系。